Fotoperiodo: in piante e animali

Il fotoperiodo è la quantità di luce e oscurità in un ciclo di 24 ore. Nella zona dell'equatore, dove la latitudine assume il valore zero, è costante ed equo, con 12 ore di luce e 12 di buio.

La risposta al fotoperiodo è un fenomeno biologico in cui gli organismi modificano alcune delle loro caratteristiche - riproduzione, crescita, comportamento - a seconda della variazione di luce, delle stagioni e del ciclo solare.

Generalmente, il fotoperiodo viene solitamente studiato nelle piante. L'obiettivo è capire come le variazioni nei parametri di illuminazione modificano la germinazione, il metabolismo, la produzione dei fiori, l'intervallo di dormienza delle gemme o un'altra caratteristica.

Grazie alla presenza di pigmenti speciali, chiamati fitocromi, le piante sono in grado di rilevare i cambiamenti ambientali che si verificano nel loro ambiente.

Secondo le prove, lo sviluppo delle piante è influenzato dal numero di ore ricevute. Ad esempio, nei paesi con stagioni marcate, gli alberi tendono a ridurre la loro crescita nelle stagioni autunnali, dove il fotoperiodo si accorcia.

Il fenomeno si estende ai membri del regno animale. Il fotoperiodo è in grado di influenzarne la riproduzione e il comportamento.

Il fotoperiodo fu scoperto nel 1920 da Garner e Allard. Questi ricercatori hanno dimostrato che alcune piante modificano la loro fioritura in risposta a cambiamenti nella lunghezza del giorno.

Perché si verifica il fotoperiodo?

Mentre ci allontaniamo da quest'area, i tempi di luce e buio cambiano in risposta all'inclinazione dell'asse terrestre verso il sole.

Quando ci spostiamo dall'equatore a uno qualsiasi dei poli, le differenze tra luce e buio sono più marcate, in particolare ai poli, dove troviamo 24 ore di luce o oscurità, a seconda del periodo dell'anno.

Inoltre, la rotazione annuale della terra attorno al sole fa cambiare il fotoperiodo durante l'anno (ad eccezione dell'equatore). In questo modo, le giornate sono più lunghe in estate e più brevi in ​​inverno.

I vantaggi di rispondere al fotoperiodo

La capacità di coordinare determinati processi di sviluppo con un particolare periodo dell'anno in cui vi sono alte probabilità che le condizioni siano più favorevoli conferisce una serie di vantaggi. Ciò si verifica nelle piante, negli animali e persino in certi funghi.

Per gli organismi, è vantaggioso riprodursi in periodi dell'anno in cui i giovani non devono affrontare le condizioni estreme di un inverno. Ciò, indubbiamente, aumenterà la sopravvivenza della prole, fornendo un chiaro vantaggio adattativo al gruppo.

In altre parole, il meccanismo di selezione naturale favorirà la diffusione di questo fenomeno negli organismi che hanno acquisito meccanismi che consentono loro di sondare l'ambiente e rispondere ai cambiamenti nel fotoperiodo.

Fotoperiodo nelle piante

Nelle piante, la durata dei giorni ha effetti marcati su molte delle sue funzioni biologiche. Successivamente descriveremo i principali processi che sono influenzati dalla lunghezza del giorno e della notte:

fioritura

Storicamente, le piante sono state classificate in piante lunghe, corte o neutre. I meccanismi delle piante per la misurazione di questi stimoli sono molto sofisticati.

Attualmente, è stato determinato che una proteina chiamata CONSTANS ha un ruolo significativo nella fioritura, attivata a un'altra piccola proteina che si muove attraverso i fasci vascolari e attiva un programma di sviluppo in un meristema riproduttivo e induce la produzione di fiori.

Piante con lunghi giorni e giorni brevi

Le piante di lunga data fioriscono più rapidamente solo quando l'esposizione alla luce dura un certo numero di ore. In questo tipo di piante, la fioritura non si verifica se la durata del periodo buio supera un valore particolare. Questo "valore critico" della luce varia a seconda della specie.

Questo tipo di piante fiorisce durante la primavera, o all'inizio dell'estate, dove il valore della luce soddisfa il requisito minimo. Il ravanello, la lattuga e il giglio sono classificati in questa categoria.

Al contrario, le piante a giorno corto richiedono esposizioni di luce più basse. Ad esempio, alcune piante che fioriscono alla fine dell'estate, in autunno o in inverno, sono brevi giorni. Tra questi ci sono i crisantemi, il fiore o la stella di Natale e alcune varietà di semi di soia.

latenza

Gli stati di latenza sono utili per le piante, poiché consente loro di affrontare condizioni ambientali sfavorevoli. Ad esempio, le piante che vivono alle latitudini settentrionali usano la riduzione della durata della giornata in autunno come avvertimento sul freddo.

In questo modo, possono sviluppare uno stato di dormienza che li aiuterà a far fronte alle temperature gelide che verranno.

Nel caso degli erboristi, possono sopravvivere nel deserto perché usano lunghi giorni come segnale per entrare nella dormienza durante i periodi aridi.

Combinazione con altri fattori ambientali

Molte volte la risposta della pianta non è determinata da un singolo fattore ambientale. Oltre alla durata della luce, la temperatura, la radiazione solare e le concentrazioni di azoto sono spesso fattori decisivi per lo sviluppo.

Ad esempio, nelle piante della specie Hyoscyamus niger il processo di fioritura non si verifica se non soddisfa i requisiti del fotoperiodo, e inoltre, la vernalizzazione (quantità minima di freddo richiesta).

Fotoperiodo negli animali

Come abbiamo visto, la durata del giorno e della notte consente agli animali di sincronizzare i loro stadi riproduttivi con stagioni favorevoli dell'anno.

Mammiferi e uccelli di solito si riproducono in primavera, in risposta all'allungamento dei giorni, e gli insetti tendono a diventare larve in autunno, quando i giorni si accorciano. Le informazioni riguardanti la risposta al fotoperiodo nei pesci, negli anfibi e nei rettili sono limitate.

Negli animali, il controllo del fotoperiodo è prevalentemente ormonale. Questo fenomeno è mediato dalla secrezione di melatonina nella ghiandola pineale, che è fortemente inibita dalla presenza di luce.

La secrezione dell'ormone è maggiore nei periodi di oscurità. Quindi, i segnali del fotoperiodo sono tradotti nella secrezione di melatonina.

Questo ormone è responsabile dell'attivazione di specifici recettori localizzati nel cervello e nella ghiandola pituitaria che regolano i ritmi di riproduzione, peso corporeo, ibernazione e migrazione.

La conoscenza della risposta degli animali ai cambiamenti nel fotoperiodo è stata utile per l'uomo. Ad esempio, nel bestiame, vari studi cercano di capire come viene influenzata la produzione di latte. Finora è stato confermato che i lunghi giorni aumentano quella produzione.