FOTOPERIODA: U ROSTLIN A ZVÍŘAT - BIOLOGIE - 2025

Fotoperioda je množství světla a tmy v 24-hodinovém cyklu. V oblasti rovníku - kde zeměpisná šířka nabývá hodnoty nula - je konstantní a vyrovnaný, s 12 hodinami světla a 12 hodin tmy.

Reakce na fotoperiodu je biologický jev, kdy organismy mění některé ze svých charakteristik - reprodukce, růst, chování - v závislosti na změně světla, ročních obdobích a slunečním cyklu.

Fotoperioda ovlivňuje klíčivost semen. Zdroj: pixabay.com

Fotoperioda se obvykle studuje v rostlinách. Snaží se pochopit, jak změny v parametru osvětlení mění klíčení, metabolismus, produkci květin, interval klidu pupenů nebo jiné vlastnosti.

Díky přítomnosti speciálních pigmentů zvaných fytochromy jsou rostliny schopny detekovat změny prostředí, ke kterým dochází v jejich okolí.

Podle důkazů je vývoj rostlin ovlivněn počtem přijatých hodin. Například v zemích s vyznačenými ročními obdobími mají stromy tendenci zpomalit se v období podzimu, kde je fotoperioda kratší.

Tento jev se vztahuje na členy živočišné říše. Fotoperioda je schopna ovlivnit její reprodukci a jeho chování.

Fotoperiodu objevili v roce 1920 Garner a Allard. Tito vědci ukázali, že některé rostliny modifikují své kvetení v reakci na změny v délce dne.

Proč nastává fotoperioda?

Když se vzdalujeme od této oblasti, mění se časy světla a tmy v reakci na náklon zemské osy směrem ke slunci.

Jak se pohybujeme od rovníku k jednomu pólu, rozdíly mezi světlem a tmou jsou výraznější - zejména u pólů, kde najdeme 24 hodin světla nebo tmy, v závislosti na ročním období.

Kromě toho roční rotace Země kolem Slunce způsobuje, že se fotoperioda mění po celý rok (s výjimkou rovníku). Dny jsou tedy v létě delší a v zimě kratší.

Výhody reakce na fotoperiodu

Schopnost koordinovat určité vývojové procesy s konkrétním ročním obdobím, kdy existuje vysoká pravděpodobnost příznivějších podmínek, přináší řadu výhod. K tomu dochází u rostlin, zvířat a dokonce i u některých hub.

Pro organismy je výhodné se množit v obdobích roku, kdy mladiství nemusí čelit extrémním podmínkám zimy. To nepochybně zvýší přežití potomstva a poskytne skupině jasnou adaptivní výhodu.

Jinými slovy, mechanismus přirozeného výběru zvýhodní šíření tohoto jevu v organismech, které získaly mechanismy, které jim umožňují zkoumat prostředí a reagovat na změny ve fotoperiodě.

Fotoperioda v rostlinách

U rostlin má délka dní značný vliv na mnoho z jejich biologických funkcí. Níže popíšeme hlavní procesy, které jsou ovlivněny délkou dne a noci:

Kvetoucí

Historicky byly rostliny klasifikovány jako rostliny dlouhé, krátké nebo neutrální. Mechanismy rostlin pro měření těchto podnětů jsou velmi sofistikované.

V současné době bylo stanoveno, že protein zvaný CONSTANS má významnou roli v květu, aktivovaný na jiný malý protein, který se pohybuje přes vaskulární svazky a aktivuje vývojový program v reprodukčním meristému a indukuje produkci květin.

Dlouhé a krátké dny rostliny

Dlouhodobé rostliny kvetou rychleji pouze tehdy, pokud vystavení světlu trvá několik hodin. U těchto typů rostlin nedojde k kvetení, pokud je doba temné periody překročena o určitou hodnotu. Tato „kritická hodnota“ světla se liší v závislosti na druhu.

Tyto druhy rostlin kvetou na jaře nebo začátkem léta, kdy světelná hodnota splňuje minimální požadavek. Ředkvičky, salát a lilie jsou zařazeny do této kategorie.

Naproti tomu rostliny s krátkým dnem vyžadují nižší expozici světlu. Například některé rostliny, které kvetou na konci léta, na podzim nebo v zimě, jsou krátké dny. Mezi nimi vynikají chryzantémy, vánoční květina nebo hvězda a některé druhy sóji.

Latence

Latenční stavy jsou užitečné pro rostliny, protože jim umožňují vyrovnat se s nepříznivými podmínkami prostředí. Například rostliny, které žijí v severních šířkách, používají sníženou délku dne na podzim jako varování před chladem.

Tímto způsobem mohou vyvinout spící stav, který jim pomůže vyrovnat se s mrazivými teplotami, které přijdou.

V případě játrových kraťasů mohou přežít v poušti, protože používají dlouhé dny jako signál k přerušení spánku během vyprahlých období.

Kombinace s dalšími faktory prostředí

Odezva rostliny mnohokrát není určována jediným faktorem prostředí. Kromě délky světla jsou rozhodujícími faktory vývoje také teplota, koncentrace slunečního záření a dusík.

Například u rostlin druhu Hyoscyamus niger nedochází k kvetoucímu procesu, pokud nesplňuje požadavky fotoperiody, a také k vernalizaci (minimální požadované množství chladu).

Fotoperioda u zvířat

Jak jsme viděli, délka dne a noci umožňuje zvířatům synchronizovat jejich reprodukční stádia s příznivými ročními obdobími.

Savci a ptáci se obvykle rozmnožují na jaře v reakci na prodlužování dnů a hmyz se obvykle stává larvou na podzim, když se dny zkrátí. Informace týkající se reakce na fotoperiodu u ryb, obojživelníků a plazů jsou omezené.

U zvířat je kontrola fotoperiod většinou hormonální. Tento jev je zprostředkován sekrecí melatoninu v epifýze, která je silně inhibována přítomností světla.

Hormonální sekrece je větší v obdobích tmy. Fotoperiodické signály se tedy převádějí do sekrece melatoninu.

Tento hormon je zodpovědný za aktivaci specifických receptorů umístěných v mozku a hypofýze, které regulují rytmy reprodukce, tělesné hmotnosti, hibernace a migrace.

Znalost reakce zvířat na změny fotoperiody byla pro člověka užitečná. Například u hospodářských zvířat se různé studie snaží pochopit, jak je ovlivněna produkce mléka. Doposud bylo potvrzeno, že dlouhé dny zvyšují produkci.

Reference

1. Campbell, NA (2001). Biologie: Koncepty a vztahy. Pearsonovo vzdělávání.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, a Tucker, HA (2000). Fotoperiodické účinky na mléčný skot: přehled. Journal of the milk science, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW, a Allard, HA (1920). Vliv relativní délky dne a noci a dalších faktorů prostředí na růst a reprodukci v rostlinách. Měsíční přehled počasí, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., & Coupland, G. (2004). Molekulární základ rozmanitosti fotoperiodických kvetoucích reakcí Arabidopsis a rýže. Fyziologie rostlin, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Reakce rostlin na fotoperiodu. New Phytologist, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC a Kim, WY (2018). Fotoperiodový snímací systém pro načasování kvetení v rostlinách. BMB uvádí, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM, a Valverde, F. (2009). Evolučně konzervované fotoperiodické mechanismy v rostlinách: kdy se objevila fotoperiodická signalizace rostlin? Signalizace a chování rostlin, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodismus u hmyzu a jiných zvířat. V Phobobiology (str. 389-416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM a Nelson, RJ (2010). Vliv fotoperiody na hormony, chování a imunitní funkce. Hranice v neuroendokrinologii, 32 (3), 303-19.