Наступление очередного этапа годового цикла у живых организмов обычно происходит на фоне изменений как внешних, так и внутренних факторов. Однако эта периодичность зачастую зависит не от непосредственно действующих на организм таких мощных экологических факторов как температура, влажность и другие, а от второстепенных для жизнедеятельности свойств среды, которые, однако, очень закономерно изменяются в течении года.
Приспособительный смысл этого очевиден - он заключается в том, что кратковременные изменения - погоды, например, при потеплении не могут изменить биологического ритма организмов, что привело бы многих к гибели. Этот ритм, оказывается, синхронизирован с более общим ходом изменений в природе в течение года. А одним из наиболее точно и регулярно изменяющихся факторов среды является длина дня, режим чередования темного и светлого периодов суток. Именно этот фактор и служит для большинства организмов главным ориентиром во времени года.
Реакция организмов на сезонные изменения длины дня получила название фотопериодизма (1920 г., В.Гарнер и Н.Аллард во время селекционной работы с табаком). Точнее – фотопериодизм это различные изменения морфологических, биохимических и физиологических свойств и функции организмов под влиянием чередования и длительности освещения. Подчеркиваю, что его проявление зависит не от интенсивности освещения (ибо даже летом бывает пасмурно), а только от изменения длины светового дня и от ритма чередования темного и светлого периодов суток.
Способность живых организмов реагировать на длину дня получила название фотопериодической реакции. Эта способность широко распространена в мире растений и животных и имеет большое приспособительное значение, поскольку ориентируясь на изменения длины дня организмы могут заблаговременно подготовиться к неблагоприятным условиям или наоборот – к наиболее интенсивной жизни деятельности.
Хотя фотопериодизм встречается во всех крупных спетематических группах, он свойственен далеко не всем видам. Другими словами, имеется много видов, у которых физиологические перестройки в цикле развития не зависят от длины дня. У этих видов либо развиты другие способы регулирования жизненного цикла, либо они не нуждаются в его точном регулировании. Эти организмы обладают нейтральной фотопериодической реакцией. Как правило, такие организмы встречаются там, где нет резко выраженных сезонных изменений. В наших же широтах нейтральный фотопериодизм характерен для эфемеров, т.е. видов, которые в активном состоянии в неблагоприятные периоды или сезоны не встречаются (т.е. им нет необходимости к ним приспосабливаться).
Те же организмы, которые обладают фотопериодической реакцией, делят на 2 группы - короткодневные и длиннодневные. Поскольку длина светового дня, кроме времени года, зависит от географического положения местности, то короткодневные виды живут и произрастают в низких широтах, а длиннодневные - в умеренных и высоких. У видов с обширным ареалом особи разных популяции могут отличаться по типу фотопериодизма.
У длиннодневных растений и животных увеличивающийся день стимулирует ростовые процессы и подготовку к размножению. Укорачивающиеся же дни второй половины лета и осени вызывают торможение роста и подготовку к зиме.
Каждому виду или сорту свойственен определенный критический фотопериод, продолжительность которого они измеряют с довольно большой точностью, особенно педомические виды, которые способны уравнивать ничтожные изменения фотопериода.
Фотопериодизм растений и животных закреплен генетически. Однако он проявляется лишь при определенном сочетании целого комплекса факторов среды, в связи с чем, изменяя их сочетания мы можем изменить характер фотопериодической реакции организма. На практике это означает, что изменяя длину светового дня и значения других факторов можно решать множество проблем.
Суточная периодичность светового режима определяет многочисленные приспособления к дневному и ночному образу жизни и все физиологические процессы имеют суточный режим с максимумом в определенные часы.
Организмы имеют приспособления и к неблагоприятным сезонным явлениям. У растений, например, прекращается рост, замедляются все физиолого-биохимические процессы и наступает состояние покоя - органи ческого, глубокого или вынужденного). Органический покой характерен для клубней, побегов и почек, в которых происходят существенные изменения в нуклеиновом и белковом обмене эмбриональных клеток и тканей, что обеспечивает возобновление нормального роста весной. Глубокий покой наступает одновременно с органическим или после него и обусловливает морозоустойчивость растений. Вынужденный покой проявляет в том, что растения длительное время не приступают к росту из-за неблагоприятных условий. Это часто бывает весной. У животных приспособления к переживанию неблагоприятных сезонных явлений более разнообразны. Наиболее ярко они проявляются в периодичности размножения, основным сигнальным фактором которого является световой режим местообитания.
Своеобразными приспособлениями к неблагоприятным сезонным явлениям у животных являются спячка, диапауза у насекомых и миграции у т.н. «инстинктивных видов». И в заключении следует отметить, что закономерности сезонного развития природы изучаются особой прикладной отраслью экологии - фенологией (с греческого – наука о явлениях). По биоклиматическому закону Хоикинса на территории Европы сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) различаются в среднем на 3-4 дня на каждый градус широты, на каждые 5 градусов долготы и на 120 метров высоты над уровнем моря. Другими словами чем севернее, восточнее и выше местность, тем позднее наступает весна и раньше осень.
Фенологические даты также зависят также от местных условий – рельефа, эксиозиции, удаленности от моря и т.д. Точки с одинаковыми финодатами, соединяясь на карте, получают название изолинии, которые отражают фронт продвижения весны или наступления других очередных сезонных явлений.