Новости науки 28.08.01. Биологические часы и межвидовая конкуренция.
Живые существа, от простейших одноклеточных до человека, обладают
биологическими часами. Одним из естественных периодов, задаваемых
окружающими условиями, является суточный цикл смены освещенности.
Однако известно, что у большинства живых существ длительность "суточного"
биологического цикла не равняется точно 24 часам, варьируясь в пределах
от 22 до 28 часов. Вопросу, в чем состоит причина такой приблизительности,
посвящена работа японского исследователя Хироаки Дайдо.
На первый взгляд было бы естественным полагать, что период биологических
часов, определяющий активность организма в течении дня, должен точно
совпадать с длительностью суток, поскольку это обеспечивает наиболее
полную адаптацию к внешним условиям. Существование заметных отклонений
"суточного" периода биологических часов для различных живых существ
от 24 часов до сих пор не получило однозначного объяснения. Однако
в принципе очевидно, что на жизнь животных и растений влияют не
только астрономические, географические и климатические факторы,
но и взаимодействие конкурирующими видами.
В работе [1] рассматривается модель популяционной динамики с учетом
межвидовой конкуренции. Каждому виду приписывается собственная длительность
суточного цикла (точнее, каждому "биологическому осциллятору" -
свой период) и делаются следующие основные предположения. Во-первых,
для каждого вида скорость роста популяции зависит от разности фазы
биологических часов и 24-х часового цикла изменения освещенности
и температуры и максимальна при оптимальной разности фаз (например,
если организм очень чувствителен к ультрафиолетовому излучению,
то наиболее разумная стратегия для него - вести ночной образ жизни).
Во-вторых, жесткость конкуренции между двумя видами зависит от разности
фаз биологических часов - поскольку условия существования вида во
многом определяется взаимодействием с другими видами, то большую
роль должна играть настройка биологических часов не только по отношению
к периоду обращения Земли вокруг своей оси, но и по отношению биологическим
часам других видов. Это можно пояснить на простом примере: если
два вида животных, питающихся одинаковой пищей, делают это в одно
и тоже время суток, то конкуренция между ними жестче, чем если они
питаются в разное время (скажем, днем и ночью).
Полученные результаты достаточно интересны - оказывается, не всегда
близость длительности суточного цикла к 24 часам благоприятствует
росту популяции. А именно, для тех живых существ, для которых согласование
с 24-х часовым циклом относительно менее важно, наличие конкуренции
с другими видами приводит к тому, что более выгодна некоторая отстройка
периода биологических часов от 24 часов. Результаты моделирования
совпадают с тем фактом, что для растений длительность суточного
биологического цикла по преимуществу находится вблизи границ диапазона
(22 и 28 часов), а для животных лежит вблизи 24 часов (23 - 26 часов).
Понятно, что для животных в силу более подвижного образа жизни согласование
активности с циклом изменения освещенности и температуры более критично,
чем для растений.
1. Hiroaki Daido. Phys.Rev.Lett. v.87, 048101 (2001).
|