Круговой цикл - Circannual cycle

А годовой цикл это биологический процесс, который происходит у живых существ в течение примерно одного года. Этот цикл был впервые обнаружен Эбо Гвиннером и канадским биологом Тедом Пенгелли.[1] Классифицируется как Инфрадианский ритм, который представляет собой биологический процесс с периодом больше, чем у циркадного ритма, менее одного цикла за 28 часов. Эти процессы продолжаются даже в искусственных средах, в которых учеными были устранены сезонные сигналы.[2] Термин Circannual - латинский, около имея в виду приблизительно и ежегодный в отношении одного года. Хронобиология это область биологии, относящаяся к периодическим ритмам, которые возникают в живых организмах в ответ на внешние раздражители, такие как фотопериод.

Местоположение физического круглогодичного таймера в организмах и принцип его работы почти полностью неизвестны.

Примеры

В одном исследовании, проведенном Эберхардом Гвиннером, два вида птиц родились в контролируемой среде, никогда не подвергаясь воздействию внешних раздражителей. Им был вручен фиксированный Фотопериод 10 часов света и 14 часов темноты каждый день. Птицы находились в этих условиях в течение восьми лет и постоянно линяли в то же время, что и в дикой природе, что указывает на то, что этот физиологический цикл является врожденным, а не регулируется окружающей средой.[1]

Исследователи Тед Пенгелли и Кен Фишер изучали круглогодичные часы у золотопеленого суслика. Они выставили белок на двенадцать часов света и 12 часов темноты и при постоянной температуре в течение трех лет. Несмотря на этот постоянный цикл, они продолжали впадать в спячку один раз в год, и каждому эпизоду предшествовало увеличение массы тела и потребления пищи. В течение первого года белки впадали в спячку в конце октября. Они начали зимовать в середине августа и начале апреля соответственно в течение следующих двух лет, демонстрируя круговой ритм с периодом около 10 месяцев.[3]

Классическим примером у насекомых является разнообразный жук-ковер.

Биологические преимущества

Внутренняя генерация биологических ритмов помогает организмам предвидеть важные изменения в окружающей среде до того, как они произойдут, что дает организмам время для подготовки и выживания.[1] Например, у некоторых растений очень строгие временные рамки в отношении цветения и подготовки к весне. Если они начнут подготовку слишком рано или слишком поздно, они рискуют остаться без опыления, конкурировать с другими видами или другими факторами, которые могут повлиять на их выживаемость. Круговой цикл может удержать их от этой ошибки, если в конкретном географическом регионе наступает ложная весна, когда погода становится исключительно теплой рано на короткий период времени, прежде чем вернуться к зимним температурам.

Точно так же оперение птиц и мех млекопитающих меняются с приближением зимы, и это вызвано сокращением светового периода осени.[4] Круговой цикл также может быть полезен для животных, которые Мигрировать или же Спящий режим. Репродуктивные органы многих животных изменяются в ответ на изменение светового периода. Мужские гонады разрастаются с наступлением весны, чтобы способствовать размножению этого вида. Эти увеличенные гонады было бы почти невозможно поддерживать круглый год, и они были бы неэффективны для этого вида. Многие самки животных откладывают яйца только в определенное время года.[3]

Взаимодействие с изменяющимся климатом

Изменение климата может разрушить экосистемы, в которых разные организмы используют разные внутренние календари. Повышение температуры может привести к более раннему цветению растений весной. Например, в одном исследовании, проведенном Menzel et al., Проанализировано 125000 фенологических записей 542 видов растений в 21 европейской стране с 1971 по 2000 год и обнаружено, что 78% всех изученных растений развиваются в цветении, распускании листьев и плодоношении, в то время как только три процента - значительно задерживается. Они определили, что средний рост весны и лета в Европе составлял 2,5 дня за десятилетие.[5] Между тем, фауна может размножаться или мигрировать в зависимости от продолжительности дня и, таким образом, может прибыть слишком поздно для критических запасов пищи, с которыми они вместе эволюционировали.

Например, Парус майор Время от времени от вылупления птенцов до появления богатой белком гусеницы зимней бабочки, которая, в свою очередь, вылупляется, чтобы встретить появление почек на дубах.[3] Эти птицы - птицы с одним выводком, то есть они размножаются один раз в год, имея около девяти птенцов на выводок. Если птицы, гусеницы и почки появляются в нужное время, гусеницы поедают новые дубовые листья, и их популяция резко возрастает, и это, будем надеяться, совпадет с прибытием новых птенцов, позволяющих им есть. Но если растения, насекомые и птицы по-разному реагируют на приближение весны или другие фенология изменения, отношения могут быть изменены.

Другой пример - исследования мухоловки-пеструшки (ficedula hypoleuca ) показали, что время их весенней миграции запускается внутренними круглогодичными часами, которые точно настроены на длину дня.[3] Эти особые птицы зимуют в сухих тропических лесах в Западной Африке и размножаются в лесах с умеренным климатом в Европе, на расстоянии более 4500 км. В период с 1980 по 2000 годы температура во время прибытия и начала размножения значительно повысилась. Они опередили среднюю дату яйцекладки на десять дней, но не опередили весеннее прибытие в места размножения, потому что их миграционное поведение вызвано световым периодом, а не температурой.[4]

Короче говоря, даже если каждый отдельный вид может легко жить при повышенных температурах, нарушения фенология сроки на уровне экосистемы могут по-прежнему подвергать их опасности.[3]

Проблемы для научного исследования

Одной из причин недостаточного количества исследований круговых циклов является продолжительность необходимых усилий. Отношение продолжительности периода годичного цикла к продолжительности продуктивной жизни ученого затрудняет эту отрасль хронобиологии.[3] Чтобы получить временной ряд, требуется целый год, поэтому трудно увидеть, как эти циклы меняются с годами. Чтобы представить себе это в перспективе, двухнедельный эксперимент циркадного биолога потребует четырнадцати лет для круглогодичного исследователя, чтобы достичь того же уровня надежности данных для выводов.

Рекомендации

  1. ^ а б c «Циркулярные ритмы, сезонные изменения, климат и стресс - Даррелл Сеннеке». www.chelonia.org. Получено 2017-05-05.
  2. ^ «Круговой ритм - Оксфордский справочник». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ а б c d е ж Фостер Р.Г., Крейцман Л. Сезоны жизни: биологические ритмы, которые позволяют живым существам процветать и выживать 1-303. Нью-Хейвен (Коннектикут): Издательство Йельского университета.ISBN  9780300115567. 2009.
  4. ^ а б Гвиннер, Эберхард (1996). «Круговые часы в размножении и миграции птиц». Ибис. Blackwell Publishing Ltd. 138: 47–63. Дои:10.1111 / j.1474-919x.1996.tb04312.x.
  5. ^ Menzel и др. (2006). «Европейская фенологическая реакция на изменение климата соответствует модели потепления». Биология глобальных изменений. Blackwell Publishing Ltd. 12: 1969–1976.CS1 maint: лишняя пунктуация (связь)