تغییرات دنیای زنده در فصل بهار

با تغییر فصل ها بسیاری چیزها از جمله دمای هوا و میزان بارندگی تغییر می کنند. در گیاهان و جانوران نیز می توان تغییراتی را همراه با تغییر فصل مشاهده کرد.

در بهار تغییرات مختلفی در گونه های جانوری و گیاهی رخ می دهد که مهاجرت بعضی از جانوران یکی از آنها است. علاوه بر آن، همزمان شدن فعالیت های تولید مثلی جانوران با بهار نوعی تکامل محسوب می شود؛ چرا که در بهار شرایط محیطی مناسب تری از نظر دمای هوا و فراوان تر بودن غذا که برای تولید نسل بعدی و در نتیجه برای بقای گونه جانور ضروری است، فراهم است. می دانید که تغییرات فیزیولوژیک بدن جانوران تحت تاثیر سیستم های عصبی و هورمونی قرار دارد یعنی در واقع ترکیبات شیمیایی تولید و ترشح شده از غده های درون ریز بدن، رفتار و پاسخ آنها را در برابر محرک های مختلف بروز می دهند. در مناطقی که آب و هوای معتدلی دارند، افزایش طول مدت روز عاملی است برای شروع فعالیت های تولید مثلی. در جانوران بطورکلی عوامل محیطی مانند طول مدت روشنایی، دما، غذای کافی و در نهایت حضور یک جفت مناسب، محرک هایی برای شروع فعالیت های جنسی هستند. در برخی گیاهان نیز افزایش طول روز علامتی به گیاه برای شروع دوره جدید زندگی است که در بهار قابل درک است، اما شاید بد نباشد قبل از آنکه به بهار برسیم، داستان را از کمی پیش از آن و از خواب زمستانی شروع کنیم.

آنچه در خواب زمستانی برای جانوران اتفاق می افتد، در قالب تغییر دمای بدن و ضربان قلب جانور قابل بررسی است. بطوریکه دمای بدن پستاندارانی که به خواب زمستانی می روند، تحت تاثیر تغییر تنفس، ضربان قلب و مصرف اکسیژن متغیر است. بدیهی است که تمامی این تغییرات بوسیله دستگاه عصبی صورت می گیرد. در تحقیقات مشخص شده است که ضربان قلب نوعی جونده به نام مارموت سوت زن (Marmota monax) هنگام خواب زمستانی ممکن است ظرف مدت 30 دقیقه، از 153 بار در دقیقه به 68 بار در دقیقه کاهش پیدا کند و در نهایت به حداکثر 10 بار در دقیقه برسد. دمای بدن به زیر دو درجه سانتیگراد و همچنین تنفس این جانور جونده نیز در خواب به یکبار در هر شش دقیقه می رسد. در نوعی سنجاب کالیفرنیایی، ضربان قلب حتی ممکن است بسیار آهسته تر از آن و در حد یکبار در دقیقه در دمای پنج درجه سانتیگراد بدن باشد! این در حالی است که قلب حیواناتی که خواب زمستانی ندارند، در دمای کمتر از 10 تا 20 درجه سانتیگراد بدن، اصلاً نمی تپد. نکته جالب توجه در مورد خواب زمستانی این است که طی خواب، دستگاه عصبی جانور فعال است و می تواند تغییرات محیطی را درک کند.

مکانیسم به خواب رفتن در زمستان و بیدار شدن جانوران در بهار به دلیل همزمانی تغییرات هورمونی بدن آنها با تغییر فصل است. در این تغییر، نقش هورمون های غده تیروئید برجسته و مهم است بطوریکه این هورمون ها جانور را در حالت هوشیاری نگه می دارند و مانع از به خواب رفتن آن می شوند. کاهش غذا و دمای محیط موجب کاهش فعالیت غده تیروئید و ایجاد خواب می شود. نقش غده تیروئید به حدی است که طی خواب زمستانی تحلیل رفته، اما در بهار دوباره فعال و باعث بیدار شدن جانور می شود. در این حالت برای بیدار شدن و برگشت ضربان قلب و فشار خون جانور به حالت عادی، حدود سه ساعت زمان کافی است. جالب اینکه تنها با گذشت یک روز از بیدار شدن، همه فعالیت های فیزیولوژیکی بدن مانند روزهای پیش از دوره خواب می شود. به نظر می رسد ارتباط بین غده هیپوفیز و غده های جنسی، همانند چرخه تولید مثل در خواب زمستانی نیز تاثیر دارد. البته سرما نیز به تنهایی می تواند در برخی پستانداران مانند سنجاب های زمینی این نقش را داشته باشد. این سنجاب ها حتی ممکن است بیش از نیمی از عمر خود را در خواب زمستانی باشند.

در این مقاله شما می توانید با خلاصه ای از تغییرات زیستی که با آمدن بهار در گروه های مختلف جانداران قابل مشاهده است، آشنا شوید.

گیاهان

می دانید که گیاهان وابستگی زیادی به نور خورشید دارند و فعالیت های فیزیولوژیک آنها به میزان زمان وجود نور در محیط بستگی دارد. دانشمندان نام این پدیده را فتوپریودیسم گذاشته اند. بر همین اساس، گیاهان به دو گروه تقسیم می شوند:

• روز – بلند: گیاهانی که برای گلدهی، نیاز به دوره تاریکی کوتاهی دارند و فعالیت آنها در فصل بهار که روزها شروع به بلند شدن می کند، آغاز می شود. مانند گندم، جو، کاهو، نخود و…
• روز – کوتاه: گیاهانی که برای گلدهی نیاز به گذراندن دوره تاریکی نسبتاً طولانی تری نسبت به روشنایی دارند. این گیاهان معمولاً در پاییز که روزها شروع به کوتاه تر شدن می کنند، گل می دهند. ماند قهوه، توت فرنگی، توتون، ذرت، پنبه و…

فرآیند درک نور توسط گیاهان، خود پدیده جالبی است. در مورد جانوران اثر روشنایی بوسیله سلول های گیرنده بینایی که در شبکیه چشم وجود دارد، درک می شود، اما در گیاهان که این گیرنده ها را ندارند، چگونه این اتفاق می افتد؟ راز این نکته در مولکول هایی نهفته است به نام فیتوکروم. در بسیاری از گیاهان گلدار، نوعی پروتئین حساس به نور به نام فیتوکروم یا کریپتوکروم وجود دارد. این مولکول ها در واقع نقش گیرنده های چشم را برای گیاهان داشته و تغییرات میزان نور را درک می کنند. بنابراین مسئول احساس تغییر طول شب ناشی از تغییر فصول، این مولکول ها هستند. اما جالب است بدانید که علاوه بر اثر محرک نور و وجود گیرنده های خاص آن در گیاهان، هورمون ها (تنظیم کننده های رشد) نیز در خواب زمستانی و بیدار شدن از آن، در گیاهان نقش دارند. بطوریکه افزایش هورمون سیتوکینین باعث به خواب رفتن گیاهان در زمستان شده و برعکس افزایش میزان هورمون جیبرلین در بافت های گیاه؛ بخصوص دانه ها و جوانه ها، خواب آنها را در بهار می شکند و آنها را تحریک به جوانه زنی و رشد می کند.

پرنده ها

تغییرات فصلی در پرندگان در فصل بهار به صورت مهاجرت و آغاز فعالیت های تولید مثلی نمایان می شود. همه این اعمال توسط هورمون های تولید و ترشح شده از غده های درون ریز بدن به داخل خون تنظیم می شود. مهاجرت فصلی پرندگان در بهار برای جستجوی غذا و تولید مثل صورت می گیرد. به عقیده پژوهشگران تغییر در طول مدت روشنایی، تغییرات اندک در طول موج نور خورشید و نوسانات دمایی محل زندگی پرنده های مهاجر، زمینه مهاجرت آنها را فراهم می کند. کورتیکوسترون و پرولاکتین دو هورمونی هستند که در مهاجرت پرندگان نقش دارند. پژوهش ها نشان داده است که میزان این هورمون ها در آستانه بهار و کمی قبل از شروع مهاجرت در بدن پرنده افزایش می یابد.

در پرندگان همانند پستانداران، محور هیپوتالاموس – هیپوفیز – غده های جنسی، تنظیم کننده فعالیت های تولید مثلی است، اما چند تفاوت در این مورد وجود دارد؛ از آنجا که پرنده ها قرار است پرواز کنند، لازم است وزن سبکی داشته باشند؛ بنابراین در پرنده های ماده تنها یک تخمدان فعال وجود دارد. همچنین غده های جنسی در پرنده های نر و ماده در بیشتر ماه های سال به غیر از فصل بهار غیر فعال باقی می ماند تا پرنده وزن کمتری داشته باشد. تنها در بهار است که وزن غده های جنسی در پرنده ها چندین برابر وزن بدن در مقایسه با سایر فصول سال است. رفتارهای تولید مثلی پرنده ها شامل خودنمایی برای یافتن جفت مناسب؛ مثلاً با آواز خواندن، ساختن یا بافتن آشیانه برای تخم گذاری است.

ماهی ها

ماهی ها هم مانند سایر جانوران در فصل بهار اقدام به تولید مثل می کنند. ماهیان نر و ماده به جز فصول تخم ریزی از نظر ساختمان بدن و رنگ، اغلب شبیه یکدیگر هستند. رنگ بدن ماهی ها به محض نزدیک شدن به ایام تخم ریزی در فصل بهار تغییر می کند. حتی شکل بدن در برخی از گونه ها؛ بخصوص در نرها دچار تغییرات مهمی می شود. این حالت در مورد آزادماهیان (قزل آلا) محسوس تر است. از این رو در روزهایی که رنگ بدن ماهی به علت تولید مثل تغییر می کند، برای آن اصطلاح پوشیدن لباس عروسی بکار می رود. همچنین در ایام بهار روی بدن بیشتر ماهی های نر خانواده کپور، دانه های مروارید مانندی مشاهده می شود که پس از تخم ریزی از بین می رود.

پستانداران

مهم ترین اتفاقی که در پستانداران با شروع فصل بهار رخ می دهد، شروع فعالیت های تولید مثلی است. بسیاری از پستانداران، تولید مثل فصلی دارند؛ یعنی فقط در بهار بچه دار می شوند. تنظیمات فیزیولوژیک اتفاقات تولید مثلی که در فصل بهار صورت می گیرد، به عملکرد مراکز هورمونی مغز؛ یعنی هیپوفیز و هیپوتالاموس و نیز غده های جنسی (بیضه ها و تخمدان ها) مربوط می شود. در حقیقت محور هیپوفیز – هیپوتالاموس – غده های جنسی، مسئول کنترل رفتارهای تولید مثلی بوده و هنگامی که شرایط محیطی مناسب ایجاد شده باشد (گرم شدن هوا در فصل بهار)، فعالیت خود را شروع می کنند. در واقع آزاد شدن هورمون های جنسی (تستوسترون در نرها و استروژن در ماده ها) زمانی اتفاق می افتد که جانور در شرایط محیطی مناسب قرار بگیرد. فعالیت و آزاد شدن هورمون های جنسی تحت کنترل غده هیپوفیز و فعالیت این غده نیز به نوبه خود در کنترل هیپوتالاموس است. غده هیپوتالاموس پس از دریافت و درک محرک های عصبی؛ از جمله نور که از گیرنده های خاص حسی در بدن (نوعی از سلول های حساس به نور که در شبکیه چشم وجود دارند، اما برخلاف سلول های استوانه ای و مخروطی، مسئول بینایی نیستند) دریافت می کند، هورمونی را به نام هورمون آزاد کننده گنادوتروپین (GnRH) وارد جریان خون می کند. این هورمون پس از رسیدن به سلول های هدف در غده هیپوفیز باعث تحریک این سلول ها و تولید هورمون گنادوتروپین می شود. در نهایت پس از فعال شدن غده های جنسی نر و ماده توسط این هورمون، تولید و ترشح هورمون های جنسی و در پی آن رفتارهای تولید مثلی آغاز می شود.

نسیم تغییر در بهار به همه جانداران در دنیای زنده می وزد، حتی بی مهره ها. حشرات که زمستان را در حالت های غیر فعال می گذرانند، از جمله جانداران بی مهره هستند که با شروع بهار، فعالیت های خود را از سر می گیرند. در حشرات نیز تغییرات هورمونی که در اثر شرایط جدید محیط زندگی آنها رخ می دهد، باعث فعال شدن آنها در فصل بهار است. اولین کاری که حشرات بالغ در بهار انجام می دهند، تلاش برای تولید نسل بعدی است. تغذیه کافی، انرژی لازم را برای این هدف تامین می کند.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «تغییرات دنیای زنده در فصل بهار»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا گزارش مهدی میرزائی در مجله دانشمند، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.