Биологические часы животных: как организм подстраивается под смену сезонов
Световой день в большинстве регионов России становится заметно короче. Для человека это прежде всего изменение привычного ритма жизни. Для животных — важнейший природный сигнал, который помогает подготовиться к наступлению зимы. Он говорит о том, что приближается период, когда доступность пищи уменьшится, а энергетические затраты на поддержание температуры тела должны возрасти. Доцент РУДН Владимир Пинаев рассказал, как сокращение светового дня меняет жизнь животных.
Способность организмов реагировать на продолжительность светлого и темного времени суток называется фотопериодизмом. Благодаря этому механизму животные способны заранее изменять физиологические процессы, а не только реагировать на уже наступившие холода.
И в это время за внешним спокойствием природы скрывается сложная работа биологических часов, сформировавшихся в ходе эволюции. Изменение соотношения дня и ночи помогает организму перестраивать физиологические процессы, поведение и энергетический обмен.
Научные исследования показывают, что фотопериод участвует в регуляции размножения, линьки, миграционного поведения и сезонных изменений обмена веществ. Однако степень зависимости от освещения различается у разных видов. Для одних животных продолжительность дня является одним из главных сезонных сигналов, для других большее значение имеют температура, наличие пищи и внутренние биологические ритмы.
Один из важнейших механизмов сезонной регуляции у млекопитающих связан с мелатонином — гормоном, который вырабатывается преимущественно в темное время суток. Продолжительность его ночной секреции изменяется вместе с длиной ночи. Мелатонин участвует в передаче сигналов, влияющих на работу гипоталамуса и других структур эндокринной системы. Отметим, что мелатонин не является универсальным «гормоном спячки». Его воздействие зависит от вида животного и особенностей его эндокринной регуляции.
С наступлением поздней осени животные используют разные стратегии сохранения энергии. У некоторых видов происходит выраженное сезонное снижение активности. Другие продолжают вести привычный образ жизни, но меняют продолжительность и распределение периодов кормления.
Например, у ряда мелких млекопитающих сезонные изменения затрагивают энергетический обмен, терморегуляцию и поведение. Подготовка к зиме может включать накопление энергетических запасов, изменение шерстного покрова и использование более защищенных убежищ.
У животных, впадающих в зимнюю спячку, сезонные сигналы участвуют в согласовании внутренних биологических ритмов с условиями окружающей среды. Однако начало спячки определяется не одним лишь сроком светового дня.
Температура, доступность пищи, состояние организма и видовые особенности также имеют существенное значение. Например, белки и многие зимующие птицы остаются активными. Их поведение определяется необходимостью получать достаточно энергии в условиях сокращения светлого времени суток.
Таким образом, осень не заставляет всех животных переходить к одинаковой модели поведения. Напротив, именно в этот период особенно заметно разнообразие эволюционных стратегий приспособления к сезонным изменениям.
Так, для перелетных птиц продолжительность дня является одним из факторов, участвующих в сезонной регуляции миграционного поведения. Изменение фотопериода взаимодействует с внутренними биологическими механизмами, которые помогают птицам согласовывать миграцию с годовым циклом. Впрочем, сокращение светового дня не следует рассматривать как единственную причину отлета.
В ноябре в европейской части России часть перелетных видов покидает места гнездования. При этом некоторые водоплавающие птицы могут задерживаться на незамерзающих водоемах, если сохраняются подходящие условия для питания. То есть, сезонное поведение определяется взаимодействием внутренних биологических часов и реальных условий окружающей среды.
Фотопериод участвует и в работе нейроэндокринных механизмов, регулирующих репродуктивную систему. У птиц и млекопитающих эти механизмы устроены неодинаково.
Реакция животных на длинный и короткий день также зависит от вида. У одних видов репродуктивная активность связана с увеличением продолжительности освещения, у других — с ее сокращением. Таким образом, фотопериодизм представляет собой не единый механизм для всех животных, а целую систему специфических адаптаций.
В естественных условиях животные получают информацию о времени суток и сезоне через закономерное изменение освещенности. Однако в городской среде естественный световой режим изменяется из-за уличных фонарей, подсветки зданий, рекламных конструкций и других источников искусственного света.
Для некоторых видов ночное освещение может менять условия активности, поиска пищи и взаимодействия с другими организмами. Особое значение имеют интенсивность света, его спектральный состав, продолжительность воздействия и экологические особенности конкретного вида. Поэтому световое загрязнение рассматривается как один из факторов антропогенного воздействия на природные экосистемы.
Telegram 
Дзен 
VK 
