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).

перейти к началу страницы