PHOTOPERIODE: BEI PFLANZEN UND TIEREN - BIOLOGIE - 2025

Die Photoperiode ist die Menge an Licht und Dunkelheit in einem 24-Stunden-Zyklus. Im Bereich des Äquators - wo der Breitengrad einen Wert von Null annimmt - ist er konstant und gerecht, mit 12 Stunden Licht und 12 Stunden Dunkelheit.

Die Reaktion auf die Photoperiode ist ein biologisches Phänomen, bei dem Organismen einige ihrer Eigenschaften - Fortpflanzung, Wachstum, Verhalten - in Abhängigkeit von der Variation des Lichts, den Jahreszeiten und dem Sonnenzyklus verändern.

Die Photoperiode beeinflusst die Keimung der Samen. Quelle: pixabay.com

Im Allgemeinen wird die Photoperiode normalerweise in Pflanzen untersucht. Es wird versucht zu verstehen, wie Variationen der Beleuchtungsparameter die Keimung, den Stoffwechsel, die Blütenproduktion, das Intervall der Ruhezeit der Knospen oder andere Merkmale verändern.

Dank des Vorhandenseins spezieller Pigmente, Phytochrome genannt, können Pflanzen die Umweltveränderungen in ihrer Umgebung erkennen.

Demnach wird die Entwicklung der Pflanzen durch die Anzahl der erhaltenen Stunden beeinflusst. In Ländern mit ausgeprägten Jahreszeiten verlangsamen sich die Bäume beispielsweise in den Herbstsaisonen, in denen die Photoperiode kürzer ist.

Das Phänomen erstreckt sich auf die Mitglieder des Tierreichs. Die Photoperiode kann ihre Reproduktion und ihr Verhalten beeinflussen.

Die Photoperiode wurde 1920 von Garner und Allard entdeckt. Diese Forscher zeigten, dass einige Pflanzen ihre Blüte als Reaktion auf Änderungen der Tageslänge verändern.

Warum tritt die Photoperiode auf?

Wenn wir uns von diesem Bereich entfernen, ändern sich die Zeiten von Licht und Dunkelheit als Reaktion auf die Neigung der Erdachse zur Sonne.

Wenn wir uns vom Äquator zu einem der Pole bewegen, sind die Unterschiede zwischen hell und dunkel stärker ausgeprägt - insbesondere an den Polen, an denen wir je nach Jahreszeit 24 Stunden Licht oder Dunkelheit finden.

Darüber hinaus bewirkt die jährliche Rotation der Erde um die Sonne, dass sich die Photoperiode im Laufe des Jahres ändert (mit Ausnahme des Äquators). So sind die Tage im Sommer länger und im Winter kürzer.

Vorteile der Reaktion auf die Photoperiode

Die Fähigkeit, bestimmte Entwicklungsprozesse mit einer bestimmten Jahreszeit zu koordinieren, bei der eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Bedingungen günstiger sind, bietet eine Reihe von Vorteilen. Dies tritt bei Pflanzen, Tieren und sogar bestimmten Pilzen auf.

Für die Organismen ist es vorteilhaft, sich zu Zeiten des Jahres zu vermehren, in denen die Jungtiere nicht den extremen Bedingungen eines Winters ausgesetzt sein müssen. Dies wird zweifellos das Überleben der Nachkommen erhöhen und der Gruppe einen klaren Anpassungsvorteil verschaffen.

Mit anderen Worten, der Mechanismus der natürlichen Selektion wird die Verbreitung dieses Phänomens in Organismen begünstigen, die Mechanismen erworben haben, die es ihnen ermöglichen, die Umwelt zu untersuchen und auf Änderungen in der Photoperiode zu reagieren.

Photoperiode in Pflanzen

In Pflanzen hat die Länge der Tage deutliche Auswirkungen auf viele ihrer biologischen Funktionen. Im Folgenden werden die Hauptprozesse beschrieben, die von der Länge von Tag und Nacht beeinflusst werden:

Blüte

In der Vergangenheit wurden Pflanzen als Langtag-, Kurztag- oder neutrale Pflanzen klassifiziert. Pflanzenmechanismen zur Messung dieser Reize sind sehr ausgefeilt.

Derzeit wurde festgestellt, dass ein Protein namens CONSTANS eine bedeutende Rolle bei der Blüte spielt, aktiviert zu einem anderen kleinen Protein, das sich durch die Gefäßbündel bewegt und ein Entwicklungsprogramm in einem Fortpflanzungsmeristem aktiviert und die Blütenproduktion induziert.

Lang- und Kurztagpflanzen

Langtagspflanzen blühen nur dann schneller, wenn sie mehrere Stunden lang Licht ausgesetzt sind. Bei diesen Pflanzentypen tritt keine Blüte auf, wenn die Dauer der Dunkelperiode um einen bestimmten Wert überschritten wird. Dieser "kritische Wert" des Lichts variiert je nach Art.

Diese Pflanzenarten blühen im Frühling oder Frühsommer, wo der Lichtwert die Mindestanforderung erfüllt. Rettich, Salat und Lilie werden in diese Kategorie eingestuft.

Im Gegensatz dazu erfordern Kurztagspflanzen eine geringere Belichtung. Zum Beispiel sind einige Pflanzen, die im Spätsommer, Herbst oder Winter blühen, kurze Tage. Unter diesen stechen Chrysanthemen, die Weihnachtsblume oder der Weihnachtsstern und einige Sojasorten hervor.

Latenz

Latenzzustände sind für Pflanzen nützlich, da sie es ihnen ermöglichen, mit ungünstigen Umweltbedingungen umzugehen. Zum Beispiel verwenden Pflanzen, die in nördlichen Breiten leben, die reduzierte Tageslänge im Herbst als Warnung vor Kälte.

Auf diese Weise können sie einen Ruhezustand entwickeln, der ihnen hilft, mit den kommenden Gefriertemperaturen fertig zu werden.

Bei Leberblümchen können sie in der Wüste überleben, da sie lange Tage als Signal verwenden, um in trockenen Perioden in den Ruhezustand zu gelangen.

Kombination mit anderen Umweltfaktoren

Oft wird die Reaktion der Pflanze nicht durch einen einzigen Umweltfaktor bestimmt. Neben der Lichtdauer sind in der Regel Temperatur, Sonneneinstrahlung und Stickstoffkonzentration entscheidende Entwicklungsfaktoren.

Beispielsweise tritt bei Pflanzen der Art Hyoscyamus niger der Blüteprozess nicht auf, wenn er nicht den Anforderungen der Photoperiode und auch der Vernalisierung entspricht (Mindestmenge an Kälte erforderlich).

Photoperiode bei Tieren

Wie wir gesehen haben, ermöglicht die Länge von Tag und Nacht den Tieren, ihre Fortpflanzungsstadien mit günstigen Jahreszeiten zu synchronisieren.

Säugetiere und Vögel vermehren sich normalerweise im Frühjahr als Reaktion auf die Verlängerung der Tage, und Insekten werden normalerweise im Herbst zu Larven, wenn die Tage kürzer werden. Informationen zur Reaktion auf Photoperioden bei Fischen, Amphibien und Reptilien sind begrenzt.

Bei Tieren ist die Photoperiodenkontrolle meist hormonell. Dieses Phänomen wird durch die Sekretion von Melatonin in der Zirbeldrüse vermittelt, die durch die Anwesenheit von Licht stark gehemmt wird.

Die hormonelle Sekretion ist in dunklen Perioden größer. Somit werden die Photoperiodensignale in Melatoninsekretion übersetzt.

Dieses Hormon ist verantwortlich für die Aktivierung spezifischer Rezeptoren im Gehirn und in der Hypophyse, die den Rhythmus von Fortpflanzung, Körpergewicht, Winterschlaf und Migration regulieren.

Das Wissen über die Reaktion von Tieren auf Veränderungen in der Photoperiode war für den Menschen nützlich. Beispielsweise versuchen verschiedene Studien bei Nutztieren zu verstehen, wie die Milchproduktion beeinflusst wird. Bisher wurde bestätigt, dass lange Tage die Produktion steigern.

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