Фотопериодическая реакция - ответная реакция живых организмов на относительную продолжительность дня и ночи, наблюдаемая в годовом цикле.

И в мире растений, и в мире животных есть великое множество событий, происходящих всего один раз в году. В зонах умеренного климата такие события так или иначе связаны со сменой времен года, но аналогичные явления наблюдаются и в тропиках, расположенных недалеко от экватора, где эта смена не столь заметна. Ни для кого, хоть сколько-нибудь внимательно наблюдающего за жизнью окружающей его природы, не секрет, что разные растения цветут в разное время. К концу зимы, как только появляются первые проталинки, расцветает подснежник. Позднее, когда основательно потеплеет, луга покрываются желтыми цветками лютичного чистяка, весеннего адониса. Среди лета цветков самой различной окраски столько, что и не сосчитать, зато в конце осени прощальный привет теплому времени года шлют немногие растения: безвременник, борец, астры.

К чередованиям тепла и холода на протяжении года приспособились не только растения, но и животные. С наступлением весны вылезают из своих нор и берлог те из них, кто провел зиму в спячке, возвращаются перелетные птицы. В жизни многих животных с весенними месяцами совпадает брачный период, а лето уходит на то, чтобы вырастить потомство.

Наступление осени также знаменует большие перемены: перелетные птицы улетают, животные, впадающие в зимнюю спячку, нагуливают жир перед тем, как залечь в берлоги и норы, грызуны делают запасы на зиму. У насекомых замедляются все жизненные процессы, они скрываются в укромных местах, чтобы там на стадии покоя перезимовать и дождаться прихода весны.

Долгое время значение в регуляции процессов с годичным ритмом придавали температуре, влажности и скорости созревания растений. Много гипотез было выдвинуто и опровергнуто прежде, чем удалось доказать, что решающим фактором в наступлении той или иной стадии в репродуктивном цикле у растений служит относительная продолжительность дня и ночи.

Это заключение весьма логично, поскольку относительная продолжительность дня и ночи - такой внешний фактор, который всегда изменяется в зависимости от времени года. Вместе с тем он устойчивее температуры, например, которая может быть подвержена сильным колебаниям даже в последовательно взятые годы.

В начале прошлого века американские исследователи В. Гарнер и X. Аллард проводили опыты с новым сортом табака, растения которого достигали почти трехметровой высоты и давали очень много листьев, иногда до сотни. С экономической точки зрения такая культура обладала бы несомненными преимуществами, хотя у этого мутанта был один недостаток - в поле он не успевал давать семян до наступления морозов. Но если его перед первыми морозами высаживали в теплице, поздней осенью у него созревали семена. Значит, предположили ученые, цветение табака начинается не раньше, чем день станет достаточно коротким, а температура тут ни при чем, поскольку растения росли в теплице.

Для проверки этого предположения несколько горшков с растениями в июле стали ежедневно помещать в полную темноту на 14 часов - с 18 часов вечера до 8 часов утра, а на остальные 10 часов выставлять на солнечный свет. Вскоре подопытные растения табака действительно зацвели.

Аналогичные эксперименты, проведенные на многих других растениях, подтвердили влияние продолжительности дня как решающего фактора для перехода растений в стадию цветения и плодоношения. На основании этого растения были поделены на растения длинного дня и растения короткого дня, а сам ответ организма на относительную продолжительность дня и ночи назвали фотопериодизмом. Скоро, однако, выяснилось, что некоторые растения не реагируют на продолжительность дня и цветут независимо от нее.

У животных время появления на свет нового потомства определяется практически теми же факторами. У большинства птиц и млекопитающих половые железы достигают полного развития только к весне, когда они начинают вырабатывать половые клетки и гормоны. В остальное время года размеры семенников и яичников и их деятельность значительно сокращены. У птиц, например, вес семенников уменьшается в 500 раз.

Гормоны, вырабатываемые половыми железами, развитие которых подчиняется фотопериодическому контролю, стимулируют возникновение особого, брачного, поведения. По прошествии времени, характерного для каждого вида, из оплодотворенной яйцеклетки развивается новый организм, и на свет появляется потомство, способное поедать корм. До наступления холодов оно должно настолько окрепнуть, чтобы могло перезимовать. Если развитие у появившегося на свет организма происходит быстро, то на протяжении года нарождается несколько поколений.

Для появления потомства благоприятно то время, когда вокруг достаточное количество пищи. Так, яичники и семенники голубя вяхиря начинают созревать, когда продолжительность дня превышает 11 часов. Способности размножаться он, таким образом, достигает к маю. Сизому же голубю для созревания половых желез требуется день 9-часовой продолжительности, поэтому эта птица готова к спариванию 2-3 раза в год. Различие в сроках объясняется тем, что вяхирь питается главным образом зерном поздно созревающих злаков, а сизый голубь имеющимися повсюду в изобилии семенами сорняков.

Наш пример будет неполон, если не упомянуть о городском голубе. Его постоянно подкармливают друзья животных, но обильную пищу он находит для себя в уличных отбросах. У городского голубя нет предпочтительного времени размножения, хотя весной он спаривается несколько охотнее. С аналогичной ситуацией мы встречаемся и у других одомашненных животных.

За редким исключением у большей части млекопитающих регуляция фотопериодическая. Помимо более распространенных животных с длиннодневным типом фотопериодической реакции встречаются и животные с короткодневным типом. Причем преимуществом обладают те из них, у которых беременность длится долго, а потомство рождается от весеннего спаривания задолго до наступления осенних холодов. У коз и овец плод в утробе матери развивается 5-6 месяцев, в то время как у оленей и косуль - до 9 месяцев и спаривание происходит осенью или в конце лета. Увеличение половых органов и созревание половых клеток начинается с наступлением коротких дней.

Весьма интересно размножение косуль. Спаривание у них происходит в июле-августе, но оплодотворенная яйцеклетка не внедряется в слизистую оболочку матки и не развивается. То и другое совершается лишь во второй половине декабря, и потомство появляется на свет в мае, когда вокруг в изобилии свежие зеленые растения. Часть тех косуль, которые в разгар брачного периода остались без партнера, спариваются в декабре, и развитие яйцеклетки у них начинается сразу же после оплодотворения: период беременности таких косуль сокращается на 3 месяца.

Замедленное внедрение яйцеклетки, как и спаривание, поддается фотопериодическому контролю. Время задержки можно сократить с помощью искусственного освещения. При разведении таких ценных пушных зверей, как норка, лесная куница, соболь, это дает большой экономический эффект. Помимо уже названных животных замедленное внедрение оплодотворенной яйцеклетки наблюдается у тюленей, медведей, барсука и некоторых сумчатых.

Изменяющаяся в зависимости от времени года продолжительность дня регулирует не только процессы размножения. Значительная часть обитающих в средней полосе птиц, спасаясь от зимних холодов, отправляется на юг. У перелетных птиц два дома. В тех местах, где они высиживают птенцов, дни длиннее и (по крайней мере на короткое время) много пищи. В тех же местах, где птицы зимуют, они находят убежище, позволяющее им благополучно пережить суровое время. Миграции птиц предполагают изрядный запас пищи, богатой питательными веществами. Затраты энергии при полете очень велики, времени же на подкормку в пути остается мало, поэтому возникает необходимость в запасании энергии впрок - отложении толстого слоя подкожного жира. Этот процесс, так же как и время отправления в путь, контролируется фотопериодом.

У мелких птиц в выборе времени отправления в путь отчетливо просматривается связь с суточной активностью других животных, поэтому перелеты они совершают, как правило, по ночам. Большинство животных обычно ночью отдыхают, хотя среди них есть и такие, которые могут по ночам находиться в активной фазе и даже перемещаться на большие расстояния.

Растениям, а также тем животным, которые не могут летать или иным способом преодолевать большие расстояния, приходится переносить зимние холода другим образом. Весьма часто с наступлением холодов жизнедеятельность организмов понижается, что находит свое выражение у млекопитающих в спячке, у насекомых в диапаузе, а у многолетних растений в так называемом периоде зимнего покоя.

Диапауза наступает у насекомых в зависимости от вида на различной стадии их развития (яйца, личинки или куколки); и в том, что каждый раз она приходится, по существу, на один и тот же период времени, решающая роль принадлежит фотопериодизму. Здесь мы имеем еще один пример регуляции коротким или длинным фотопериодом.

На первый взгляд может показаться удивительным, что длинные дни способны вызывать диапаузу. Но в случае с тутовым шелкопрядом все объясняется просто. Это насекомое зимует на стадии яйца, гусеницы вылупляются весной, а летом, пройдя через стадию куколки, превращаются в бабочку. Бабочки сразу же откладывают яйца. Для развития отложенных ими яиц вполне благоприятны более длинные летние дни. Развившиеся из этих яиц бабочки в свою очередь откладывают яйца, которые вступают в диапаузу и дожидаются следующей весны.

Источник:

• Детари Л., Карцаги В. Биоритмы: пер.с венгерского Ю.А.Данилова, под ред. В.Б.Чернышева, послеслов. Ю.А.Романова. - М., Мир, 1984 (В мире науки и техники)