Цифровой журнал «Компьютерра» № 93

А почему организмы вообще реагируют на фотопериод? На их жизнь влияют в первую очередь температура, влажность, наличие пищи и других ресурсов. Понятно, что в умеренном климате динамика этих факторов зависит от сезона; это — вторично-периодические факторы. Первично-периодических совсем немного. Это смена времени дня, времени года, фаз луны и чередование приливов-отливов. Первично-периодические факторы задаются движением трёх небесных тел: Земли, Солнца и Луны. Небесные часы не торопятся и не отстают, вот потому-то организмы и ориентируются именно на них.

Рассмотрим для примера жизнь ласки — мелкого и изящного хищного зверька. Летом мех на её спине бурый, зимой — белый. Белую ласку сложнее заметить на снегу. Когда по осени ласка должна начать линять? После того, как выпадет снег? Тогда ей ещё долго предстоит бегать по снегу с бурой спиной. При наступлении осеннего, ещё легкого похолодания, чтоб успеть как раз к снегу? Но год на год не приходится; судя о переменчивом факторе (времени выпадения снега) по другому переменчивому фактору (температуре) неизбежно будешь совершать большие ошибки. Оптимальное решение таково. Каждая популяция ласок подстраивает начало линьки под такую длину светового дня, чтоб закончить её как раз к усреднённому сроку установления снежного покрова в своём местообитании. Ошибка (когда белая ласка бегает по голой земле или бурая — по снегу) неизбежна, и при таком варианте, но суммарно, за многие годы, она окажется минимальной.

Анализируя фотопериодические реакции, приходится различать причины каких-то изменений и запускающие их сигналы. К примеру, причина отлёта многих наших птиц зимой — бескормица (вторично-периодический фактор), а сигнал — уменьшение длины светового дня. Не везде длина светового дня — удобный для регуляции годового цикла фактор. На экваторе день и ночь всегда равны. На полюсах полгода длится полярный день, полгода — полярная ночь. Ясно, что фотопериодические реакции типичны для организмов умеренных широт.

Конечно, есть и другие ограничения. То, когда именно сурок отправится в зимовку, зависит в первую очередь от фотопериодической регуляции. Теплый или холодный осенний день могут повлиять на его выход из норы, но перестройка его организма на зимний лад уже запущена укорочением дня. А вот выход из спячки сурок к длине светового дня привязать не сможет — темно в норе. Приходится ориентироваться по прогреванию почвы. К счастью, земля и прогревается, и остывает медленно, и динамика температур на глубине норы оказывается более закономерной и плавной, чем на поверхности.

Разные популяции одних и тех же видов могут ориентироваться по разным факторам. Под Харьковом зелёные жабы выходят из спячки, когда прогреется земля, а нерест их определяется то ли температурой, то ли длиной светового дня. В Крыму, на засушливом мысе Тарханкут, нерест запускают весенние дожди.

Подводя итог, можно сказать, что сроки событий, происходящих вокруг нас, зависят от двух важнейших факторов — длины светового дня и температурного режима. Иногда к ним добавляется третий — влажность. Например, многие растения зацветают или сбрасывают листья, ориентируясь на длину светового дня, а прорастание их семян запускается влажностью и температурой (да ещё и после действия холодного периода, например). Пока климат стабилен, преимущество имеют те виды, которые регулируют свой цикл по длине светового дня. А когда климат меняется? Фотопериодическая регуляция оказывается невыгодной из-за десинхронизации процессов, регулируемых разными факторами.

Мухоловка-пеструшка — обычный европейский вид насекомоядных птиц. Зимуют они недалеко от экватора, примерно на десятом градусе северной широты. Хоть изменение длины дня там и невелико, именно оно запускает реакцию возвращения с зимовки на места размножения. Эта реакция подогнана так, чтобы, когда птицы долетят до мест размножения, построят гнёзда, отложат яйца и выведут птенцов, как раз наступил пик численности листоядных насекомых.

Следствием нынешних климатических перестроек стало более раннее наступление весны. В Западной Европе за полвека весна сдвинулась на более ранний срок на целых две недели! Численность гусениц зависит от температурной динамики, и пик их численности тоже сдвинулся вперёд, на то время, к которому птенцы мухоловки-пеструшки и множества других птиц просто не успевают вывестись. Результат — сокращение численности видов, сделавших ставку на астрономические часы. Ситуация не безнадёжна. Отбор постепенно сдвигает популяционную норму в пользу ранневылетающих особей. Если изменения климата не будут слишком быстрыми, а сокращающие численность виды не будут страдать от других несчастий, ситуация со временем исправится. Успеют современные виды перестроиться или вымрут, покажет будущее.

Настало время обратится к вынесенному в заголовок вопросу. Фотореакции у человека есть, а есть ли фотопериодические?