8.7. Ритміка фізіологічних процесів

Хід фізіологічних процесів у рослин періодично змінюється, немовби підпорядковується механізму часу. Частина таких періодичних змін пов’язана з періодичною дією факторів навколишнього середовища (екзогенні фактори), наприклад, зміною дня і ночі, добовими коливаннями температури тощо. Деякі біологічні ритми зумовлені внутрішніми (ендогенними) факторами.

Під біологічними ритмами розуміють регулярні періодичні зміни фізіологічних процесів: дихання, фотосинтезу, транспірації, утворення спор у нижчих рослин та ін. Слід розрізняти ритмічні процеси рослин, які викликані періодичною зміною факторів навколишнього середовища, від ритмічних процесів, що відбуваються в умовах постійної напруженості зовнішніх факторів.

Вивчення росту у певних проміжках часу дало змогу виявити його ритмічність, яка зберігається і при постійній температурі, безперервній темряві або постійному освітленні. Причини ендогенної ритмічності не встановлені. Характерно, що ритмічність зберігається у випадку відокремлення органів від материнської рослини. Так, ізольований корінь люцерни здатний рости ритмічно тривалий час на поживному середовищі стерильної культури. На думку Д.О.Сабініна, механізм ендогенної ритмічності пов’язаний із функціонуванням ядерного апарату клітин.

Завдяки ритмічному росту забезпечується рівномірний розподіл поживних і регуляторних речовин між окремими частинами й органами рослин. За законами ритмічності збільшуються розміри й маса тіла, відбувається розмноження клітин та їх розтягування.

Ритмічний ріст клітин і тканин у рослинному організмі проходить за законами поляризації процесів і супроводжується новоутворенням структурних елементів, тобто диференціацією клітин і тканин.

Важливим показником ритмічних процесів є частота ритмів і амплітуда коливань. Частота ритміки показує кількість ритмів за одиницю часу або між однаковими фазами двох послідовних циклів ритму. Амплітуда характеризує розмах коливань фізіологічних процесів.

Тривалість періодів ритмічних процесів дуже різниться – від кількох секунд до годин, днів, і навіть місяців. Серед ритмічних процесів з великим періодом виділяються циркадні ритми з періодом близько 24 годин. Відомі ендогенні ритми з тривалістю періоду один рік – це річні ритми.

Ритмічні процеси не завжди виявляються у регулярній незмінній формі: з часом амплітуда коливань інтенсивності процесу може згасати або збільшуватися. Може дещо змінюватися і тривалість періоду коливань. Іноді спостерігається накладання кількох ритмічних процесів.

Класичним прикладом циркадної ритміки є добовий хід руху листків квасолі. Річну ритміку доволі чітко можна спостерігати у багатьох рослин при вирощуваннта їх в умовах постійних температур і освітлення. Циклічно змінюється і здатність насіння багатьох культур до проростання при постійних температурах під час зберігання. Циркадні ритми властиві організмам і різним фізіологічним функціям, виявляються на різних рівнях організації і майже не залежать від температури, досить стійкі проти хімічних впливів, але можуть змінюватися під дією світла.

Загальні уявлення про циркадну ритміку покладені в основу розробки біологічного годинника, математична модель якого базується на гіпотезі про залежність ритміки під дією світла від наявності пігмента, можливо фітохрому. Деякі дослідники показали зв’язок циркадної ритміки процесів з ДНК-залежним синтезом І-РНК, що дозволило створити молекулярно-генетичну модель біологічного годинника.