FOTOPERIÓDA: U RASTLÍN A ZVIERAT - BIOLÓGIE - 2026

Fotoperióda je množstvo svetla a tmy v 24-hodinovom cykle. V oblasti rovníka - kde zemepisná šírka predstavuje nulovú hodnotu - je konštantná a spravodlivá s 12 hodinami svetla a 12 hodinami tmy.

Reakcia na fotoperiódu je biologický jav, pri ktorom organizmy menia niektoré zo svojich charakteristík - rozmnožovanie, rast, správanie - v závislosti od zmeny svetla, ročných období a slnečného cyklu.

Fotoperióda ovplyvňuje klíčenie semien. Zdroj: pixabay.com

Fotoperióda sa zvyčajne študuje v rastlinách. Snaží sa porozumieť tomu, ako zmeny v parametri osvetlenia menia klíčenie, metabolizmus, produkciu kvetov, interval pokojového pokoja alebo iné charakteristiky.

Vďaka prítomnosti špeciálnych pigmentov nazývaných fytochrómy sú rastliny schopné zistiť zmeny prostredia, ktoré sa vyskytujú v ich okolí.

Podľa dôkazov je vývoj rastlín ovplyvnený počtom prijatých hodín. Napríklad v krajinách s vyznačenými ročnými obdobiami majú stromy tendenciu spomaľovať sa v jesenných obdobiach, keď je fotoperioda kratšia.

Tento fenomén sa rozširuje na členov živočíšnej ríše. Fotoperióda je schopná ovplyvniť jej reprodukciu a jej správanie.

Fotoperiódu objavili v roku 1920 Garner a Allard. Títo vedci ukázali, že niektoré rastliny modifikujú svoje kvitnutie v reakcii na zmeny v dĺžke dňa.

Prečo nastáva fotoperióda?

Keď sa vzdialime od tejto oblasti, časy svetla a tmy sa menia v reakcii na sklon zemskej osi smerom k slnku.

Keď sa presunieme z rovníka na niektorý z pólov, rozdiely medzi svetlom a tmou sú výraznejšie - najmä pri póloch, kde nájdeme 24 hodín svetla alebo tmy, v závislosti od ročného obdobia.

Ročná rotácia Zeme okolo Slnka okrem toho spôsobuje, že sa fotoperióda mení počas celého roka (s výnimkou rovníka). Dni sú teda v lete dlhšie a v zime kratšie.

Výhody odpovede na fotoperiódu

Schopnosť koordinovať určité vývojové procesy s konkrétnym ročným obdobím, pri ktorom je vysoká pravdepodobnosť, že podmienky budú priaznivejšie, prináša množstvo výhod. Vyskytuje sa u rastlín, zvierat a dokonca aj u niektorých húb.

Pre organizmy je výhodné množiť sa v ročných obdobiach, keď mladiství nemusia čeliť extrémnym podmienkam zimy. To nepochybne zvýši prežitie potomkov a poskytne skupine jasnú adaptívnu výhodu.

Inými slovami, mechanizmus prirodzeného výberu uprednostňuje šírenie tohto javu v organizmoch, ktoré získali mechanizmy, ktoré im umožňujú snímať prostredie a reagovať na zmeny vo fotoperióde.

Fotoperióda v rastlinách

U rastlín má dĺžka dní výrazný vplyv na mnohé z ich biologických funkcií. Nižšie popíšeme hlavné procesy, ktoré sú ovplyvňované dĺžkou dňa a noci:

kvitnúce

Historicky boli rastliny klasifikované ako rastliny dlhé, krátke alebo neutrálne. Mechanizmy rastlín na meranie týchto podnetov sú veľmi sofistikované.

V súčasnosti sa zistilo, že proteín s názvom CONSTANS má významnú úlohu pri kvitnutí, je aktivovaný na ďalší malý proteín, ktorý sa pohybuje vaskulárnymi zväzkami a aktivuje vývojový program v reprodukčnom meristeme a indukuje produkciu kvetov.

Rastliny dlhé a krátke dni

Dlhodobé rastliny kvitnú rýchlejšie, len keď vystavenie svetlu trvá niekoľko hodín. V týchto typoch rastlín kvitnutie nenastane, ak je doba temnoty prekročená o určitú hodnotu. Táto „kritická hodnota“ svetla sa líši v závislosti od druhu.

Tieto druhy rastlín kvitnú na jar alebo začiatkom leta, keď svetelná hodnota spĺňa minimálne požiadavky. Reďkev, šalát a ľalia sú zaradené do tejto kategórie.

Naopak, rastliny s krátkym dňom vyžadujú nižšie vystavenie svetlu. Napríklad niektoré rastliny, ktoré kvitnú koncom leta, jesene alebo zimy, sú krátke dni. Medzi nimi vynikajú chryzantémy, vianočný kvet alebo hviezda a niektoré odrody sóje.

latencia

Latentné stavy sú pre rastliny užitočné, pretože im umožňujú vyrovnať sa s nepriaznivými podmienkami prostredia. Napríklad rastliny, ktoré žijú v severných zemepisných šírkach, používajú zníženú dĺžku dňa na jeseň ako varovanie pred chladom.

Týmto spôsobom môžu vyvinúť spiaci stav, ktorý im pomôže vyrovnať sa s mrazivými teplotami, ktoré majú prísť.

V prípade pečeňových šortiek môžu prežiť na púšti, pretože používajú dlhé dni ako signál na prechod do pokojného stavu počas vyprahnutých období.

Kombinácia s inými environmentálnymi faktormi

Odozva rastliny nie je mnohokrát určená jediným faktorom životného prostredia. Popri trvaní svetla sú vo vývoji rozhodujúcimi faktormi zvyčajne aj teplota, koncentrácia slnečného žiarenia a dusík.

Napríklad v rastlinách druhu Hyoscyamus niger k kvitnutiu nedôjde, ak nespĺňa požiadavky fotoperiódy, a tiež pri vernalizácii (vyžaduje sa minimálne množstvo chladu).

Fotoperióda u zvierat

Ako sme videli, dĺžka dňa a noci umožňuje zvieratám synchronizovať svoje reprodukčné štádiá s priaznivými ročnými obdobiami.

Cicavce a vtáky sa zvyčajne rozmnožujú na jar v reakcii na predĺženie dní a hmyz sa zvyčajne stáva larvou na jeseň, keď sa dni skracujú. Informácie o reakcii na fotoperiódu u rýb, obojživelníkov a plazov sú obmedzené.

U zvierat je kontrola fotoperiódy väčšinou hormonálna. Tento jav je sprostredkovaný sekréciou melatonínu v epifýze, ktorá je silne inhibovaná prítomnosťou svetla.

Hormonálna sekrécia je vyššia v obdobiach tmy. Fotoperiodické signály sa teda prenášajú na sekréciu melatonínu.

Tento hormón je zodpovedný za aktiváciu špecifických receptorov nachádzajúcich sa v mozgu a hypofýze, ktoré regulujú rytmy reprodukcie, telesnú hmotnosť, hibernáciu a migráciu.

Znalosť reakcie zvierat na zmeny vo fotoperióde bola pre človeka užitočná. Napríklad v prípade hospodárskych zvierat sa rôzne štúdie snažia pochopiť, ako je ovplyvnená produkcia mlieka. Doteraz sa potvrdilo, že dlhé dni zvyšujú uvedenú produkciu.

Referencie

1. Campbell, NA (2001). Biológia: Koncepty a vzťahy. Pearson Education.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, a Tucker, HA (2000). Fotoperiodické účinky na dojný dobytok: prehľad. Journal of the mliečne vedy, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW, a Allard, HA (1920). Vplyv relatívnej dĺžky dňa a noci a ďalších faktorov prostredia na rast a reprodukciu v rastlinách. Mesačný prehľad počasia, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., & Coupland, G. (2004). Molekulárny základ diverzity fotoperiodických kvetinových reakcií Arabidopsis a ryže. Physiológia rastlín, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Reakcie rastlín na fotoperiódu. New Phytologist, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC a Kim, WY (2018). Fotoperiodový snímací systém na načasovanie kvitnutia v rastlinách. BMB uvádza, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM a Valverde, F. (2009). Evolučné konzervované fotoperiodické mechanizmy v rastlinách: kedy sa objavila fotoperiodická signalizácia rastlín? Signalizácia a správanie rastlín, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodizmus u hmyzu a iných zvierat. In Phobobiology (str. 389 - 416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM a Nelson, RJ (2010). Vplyv fotoperiódy na hormóny, správanie a imunitné funkcie. Hranice v neuroendokrinológii, 32 (3), 303-19.