BIORYTMY EKO/EKŽO EKO/EKZSB Ivan H. Tuf Katedra ekologie a ŽP PřF UP v Olomouci Modifikace profilu absolventa : rozšíření praktické výuky a molekulárních, evolučních a cytogenetických oborů Rytmicita procesů Spánek a bdělost, potrava, kopulace, míra metabolizmu, exkrece hormonů, Sladěné se střídáním dne a noci či ročním obdobím Endogenní (vrozené, pacemaker) Exogenní (vnější podnět) Délka periody Ultradiánní kratší než den (méně než 20 h) Circadiánní diurnální, denní (ca 24 h) Infradiánní delší než den (více než 28 h) Periodicita délka cyklu Frekvence počet cyklů za určitý čas Amplituda rozdíl mezi max. a min. hodnotou Ekologie živočichů 1
Endogenní rytmy S vnějším stimulem (obvykle světlo) Další stimuly (synchronizátory): teplota, potrava vlhkost sluneční záření Člověk v naprosté tmě má cyklus 25 hod Endogenní rytmy Řízení diurnálního rytmu Vnímání sítnicí (savci a ptáci) melanopsin (absorbuje při 465 nm modré) per protein (produkt per genu, tj. genu pro periodicitu) v suprachiazmatických jádrech mozku (u ptáku i v sítnici a epifýze) V epifýze je produkován melatonin, jeho hladina koreluje se spánkem Novorozenec jej přijímá v mléce Ekologie živočichů 2
Melatonin a tma Melanopsinové receptory (+ epifýza) Signál do epifýzy Produkce melatoninu (pouze za tmy! Když nejsou drážděny melanopsinové receptory) Intenzivní světlo (1 min) ovlivní tvorbu melatoninu i příští noc! 0,25 luxu celou noc = nárazově 300 luxů Nedostatečná tvorba melatoninu nespavost, autismus, Světelné znečištění Melatonin a tma Melatonin nejsilnější antioxidant (rakovina) Noční světlo více nádorů (viz bohaté země vs. rurální krajina) Sodíkové výbojky (neobsahují modrou část spektra aktivizující melanopsin) Serotonin (prekurzor melatoninu) syntetizován v epifýze během svět. fáze souvisí s depresemi (jarní únava) Ekologie živočichů 3
Diurnální rytmus člověka Diurnální rytmus člověka skřivan vs sova Diurnální rytmus člověka Kvalita výkonu Ekologie živočichů 4
Diurnální rytmus člověka Jet lag syndrom přelet časových pásem, léčí se používáním melatoninu Cirkadiánní aktivita Monofázické druhy Diurnální (denní) aktivita Nokturnální (noční) aktivita Difázické druhy Krepuskulární aktivita Polyfázické druhy Indiferentní druhy Epigeická aktivita suchozemských stejnonožců Časové niky Ekologie živočichů 5
Časové niky Zpěv ptáků Lunární rytmy Vliv slapových jevů Palolo zelený (Eunice viridis) rozmnožování v první měsíční fázi podzimního novoluní (X-XI) Ostrorepi Menstruační cyklus Sezónní adaptace Změny podmínek během roku (teplota, srážky, světlo) Dormance (únik v čase) Migrace (únik v prostoru) Polymorfismus (změna fenotypu) Ekologie živočichů 6
Délka dne Dlouhodenní hmyz aktivní v létě, dormance přes zimu, pokud fotosenzitivní stádium zažije dlouhý den, nemá diapauzu Krátkodenní hmyz aktivní na jaře a na podzim, dormance přes léto i zimu, pokud fotosenzitivní stádium zažije krátký den, nemá diapauzu Délka dne Diapauza Přerušení vývoje hmyzu (dormance) Kviescence okamžitá reakce na změnu prostředí Diapauza dědičně podmíněná a načasovaná, synchronizuje životní cykly jedinců Ekologie živočichů 7
Diapauza Fakultativní (+/-) nevstupují do ní všechny generace (zvláště u polyvoltinních druhů) Obligatorní (+) nezávislá na vnějších podmínkách (monovoltinní druhy) Diapauza Primárně odolnější stádia (vajíčko, kukla) Spouštěcí signály: fotoperioda (nejspolehlivější indikátor sezónních změn), i teplota, kvalita potravy, obsah kyslíku ve vodě apod. Hmyz s diapauzou v zimě - vyžaduje vystavení nízké teplotě k obnovení postdiapauzního vývoje Řízena hormonálně (nepřítomnost růstových hormonů) Denní pohyby Přesun planktonu od hladiny do hloubky, také krevety za potravou Sledování slunečních skvrn (medúzy na Palau) Ekologie živočichů 8
Migrace Potrava, voda, rozmnožování Sezónní polymorfismus Babočka síťkovaná (Araschnia levana) forma levana (jarní) fotoperioda pod 16 hod. forma prorsa (letní) fotoperioda nad 16 hod. Ekologie živočichů 9