FOTOPERIODE: BIJ PLANTEN EN DIEREN - BIOLOGIE - 2025

De fotoperiode is de hoeveelheid licht en donker in een cyclus van 24 uur. In het gebied van de evenaar - waar de breedtegraad de waarde nul aanneemt - is het constant en billijk, met 12 uur licht en 12 uur duisternis.

De reactie op de fotoperiode is een biologisch fenomeen waarbij organismen sommige van hun kenmerken - reproductie, groei, gedrag - wijzigen afhankelijk van de variatie van licht, de seizoenen en de zonnecyclus.

De fotoperiode beïnvloedt de kieming van de zaden. Bron: pixabay.com

Over het algemeen wordt de fotoperiode meestal bestudeerd in planten. Het probeert te begrijpen hoe variaties in de verlichtingsparameter de kieming, het metabolisme, de bloemproductie, het interval van de kiemrust van de knoppen of andere kenmerken wijzigen.

Dankzij de aanwezigheid van speciale pigmenten, fytochromen genaamd, kunnen planten de omgevingsveranderingen in hun omgeving detecteren.

Volgens het bewijs wordt de ontwikkeling van de planten beïnvloed door het aantal ontvangen uren. In landen met gemarkeerde seizoenen hebben bomen bijvoorbeeld de neiging om langzamer te gaan in de herfstseizoenen, waar de fotoperiode korter is.

Het fenomeen strekt zich uit tot de leden van het dierenrijk. De fotoperiode kan de reproductie en het gedrag beïnvloeden.

De fotoperiode werd in 1920 ontdekt door Garner en Allard. Deze onderzoekers toonden aan dat sommige planten hun bloei aanpassen als reactie op veranderingen in de lengte van de dag.

Waarom treedt de fotoperiode op?

Als we ons uit dit gebied verwijderen, veranderen de tijden van licht en donker als reactie op de kanteling van de aardas naar de zon toe.

Wanneer we van de evenaar naar een van de polen gaan, zijn de verschillen tussen licht en donker duidelijker - vooral aan de polen, waar we 24 uur licht of duisternis vinden, afhankelijk van de tijd van het jaar.

Bovendien zorgt de jaarlijkse rotatie van de aarde om de zon ervoor dat de fotoperiode het hele jaar door verandert (met uitzondering van de evenaar). De dagen zijn dus langer in de zomer en korter in de winter.

Voordelen van reageren op de fotoperiode

Het vermogen om bepaalde ontwikkelingsprocessen te coördineren met een bepaalde tijd van het jaar waarin de kans groot is dat de omstandigheden gunstiger zullen zijn, biedt een aantal voordelen. Dit komt voor bij planten, dieren en zelfs bij bepaalde schimmels.

Voor de organismen is het voordelig om zich voort te planten in tijden van het jaar waarin de juvenielen niet de extreme omstandigheden van een winter onder ogen hoeven te zien. Dit zal ongetwijfeld de overleving van het nageslacht vergroten, wat de groep een duidelijk aanpassingsvoordeel oplevert.

Met andere woorden, het mechanisme van natuurlijke selectie zal de verspreiding van dit fenomeen bevorderen in organismen die mechanismen hebben verworven waarmee ze de omgeving kunnen onderzoeken en kunnen reageren op veranderingen in de fotoperiode.

Fotoperiode in planten

Bij planten heeft de lengte van dagen duidelijke effecten op veel van hun biologische functies. Hieronder beschrijven we de belangrijkste processen die worden beïnvloed door de lengte van dag en nacht:

Bloeiend

Historisch gezien zijn planten geclassificeerd als lange-dag-, korte-dag- of neutrale planten. Plantmechanismen voor het meten van deze stimuli zijn zeer geavanceerd.

Momenteel is vastgesteld dat een eiwit genaamd CONSTANS een belangrijke rol speelt bij de bloei, geactiveerd wordt tot een ander klein eiwit dat door de vaatbundels beweegt en een ontwikkelingsprogramma activeert in een reproductief meristeem en bloemproductie induceert.

Lange- en kortedagplanten

Langedagplanten bloeien alleen sneller als ze een aantal uren aan licht worden blootgesteld. Bij dit soort planten zal de bloei niet plaatsvinden als de duur van de donkerperiode met een bepaalde waarde wordt overschreden. Deze "kritische waarde" van licht varieert naargelang de soort.

Dit soort planten bloeien in het voorjaar of begin van de zomer, waar de lichtwaarde aan de minimum eis voldoet. Radijs, sla en lelie vallen onder deze categorie.

Daarentegen hebben kortedagplanten een lagere lichtblootstelling nodig. Sommige planten die bloeien in de nazomer, herfst of winter zijn bijvoorbeeld een korte dag. Onder deze vallen chrysanten, de kerstbloem of -ster en sommige soorten soja op.

Latentie

Latentietoestanden zijn nuttig voor planten, omdat ze hierdoor kunnen omgaan met ongunstige omgevingsomstandigheden. Planten die op noordelijke breedtegraden leven, gebruiken bijvoorbeeld de verkorte daglengte in de herfst als waarschuwing voor kou.

Op deze manier kunnen ze een slapende toestand ontwikkelen die hen zal helpen om te gaan met de komende vriestemperaturen.

In het geval van levermossen kunnen ze overleven in de woestijn, omdat ze lange dagen gebruiken als signaal om tijdens droge perioden in rust te gaan.

Combinatie met andere omgevingsfactoren

Vaak wordt de reactie van de plant niet bepaald door één enkele omgevingsfactor. Naast de lichtduur zijn de temperatuur, de zonnestraling en de stikstofconcentratie meestal doorslaggevende factoren bij de ontwikkeling.

In planten van de soort Hyoscyamus niger zal het bloeiproces bijvoorbeeld niet plaatsvinden als het niet voldoet aan de vereisten van de fotoperiode, en ook van vernalisatie (minimale hoeveelheid koude vereist).

Fotoperiode bij dieren

Zoals we hebben gezien, stelt de lengte van dag en nacht dieren in staat om hun voortplantingsstadia te synchroniseren met gunstige tijden van het jaar.

Zoogdieren en vogels planten zich gewoonlijk voort in de lente, als reactie op het langer worden van de dagen, en insecten worden meestal larven in de herfst, wanneer de dagen korter worden. Informatie over de respons op fotoperiode bij vissen, amfibieën en reptielen is beperkt.

Bij dieren is de fotoperiode controle meestal hormonaal. Dit fenomeen wordt gemedieerd door de afscheiding van melatonine in de pijnappelklier, die sterk wordt geremd door de aanwezigheid van licht.

Hormonale afscheiding is groter in perioden van duisternis. De fotoperiode signalen worden dus omgezet in melatoninesecretie.

Dit hormoon is verantwoordelijk voor het activeren van specifieke receptoren in de hersenen en in de hypofyse die het ritme van voortplanting, lichaamsgewicht, winterslaap en migratie regelen.

Kennis van de reactie van dieren op veranderingen in de fotoperiode is nuttig geweest voor de mens. Bij vee proberen verschillende onderzoeken bijvoorbeeld te begrijpen hoe de melkproductie wordt beïnvloed. Tot nu toe is bevestigd dat lange dagen de productie verhogen.

Referenties

1. Campbell, NA (2001). Biologie: concepten en relaties. Pearson Education.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA, en Tucker, HA (2000). Fotoperiodische effecten op melkvee: een overzicht. Journal of zuivelwetenschap, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW, en Allard, HA (1920). Effect van de relatieve lengte van dag en nacht en andere factoren van de omgeving op groei en voortplanting bij planten. Maandelijks weeroverzicht, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R., en Coupland, G. (2004). De moleculaire basis van diversiteit in de fotoperiodische bloeireacties van Arabidopsis en rijst. Plantenfysiologie, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Plant reacties op fotoperiode. Nieuwe fytoloog, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, NC en Kim, WY (2018). Fotoperiode detectiesysteem voor timing van bloei in planten. BMB-rapporten, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM en Valverde, F. (2009). Evolutionair geconserveerde fotoperiode mechanismen in planten: wanneer verscheen fotoperiodieke signalering van planten? Plantensignalering en gedrag, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Fotoperiodiek bij insecten en andere dieren. In Photobiology (pp. 389-416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM en Nelson, RJ (2010). Invloed van fotoperiode op hormonen, gedrag en immuunfunctie. Frontiers in neuroendocrinology, 32 (3), 303-19.