Puhkeperiood (puhkeolek) – organismi kasvuseisak ja ainevahetuse langus
Puhkeperiood: miks organismi kasvuseisak ja ainevahetuse langus säästavad energiat, kohanduvad keskkonnaga ja tagavad ellujäämise.
Puhkeperiood on organismi elutsükli periood, mil kasv, areng ja (loomadel) füüsiline aktiivsus on ajutiselt peatunud. See vähendab ainevahetuse aktiivsust ja aitab seega organismil energiat säästa. Puhkeperiood on tavaliselt tihedalt seotud keskkonnatingimustega. Organismid võivad sünkroniseerida puhkefaasi sisenemise oma keskkonnaga, kasutades selleks ettevaatusabinõusid või tagajärgi.
Lisaks sellele põhikirjeldusele hõlmab puhkeperiood väga erinevaid bioloogilisi protsesse: ainevahetuse üldise kiiruse langust, keha- või kudede temperatuuride alandamist (loomadel), kasvufunktsioonide ja paljunemisaktiivsuse peatamist ning suunatud energiahoiustamist (nt rasvavarude kogunemine). Puhkeolek võib olla lühiajaline (päevane uinak, torpor) või pikaajaline (hibernatsioon, diapaus taimedel ja putukatel). Selle alguse ja lõpu määravad sageli hormonaalsed signaalid (nt melatoniin, ecdysteroidid, taimedes abscisiinhape) ja geenide tasandi reguleerimine, mis kohandavad organismi rakkude ja organite tööd väheneva energia tarbimisega.
Ennustav puhkeolek
Ennustav puhkeolek tekib siis, kui organism läheb puhkeolekusse enne ebasoodsate tingimuste tekkimist. Näiteks kasutavad paljud taimed päeva pikkust ja temperatuuri langust, et alustada puhkeperioodi enne talve algust.
Ennustav puhkeolek võimaldab organismil ette valmistuda: koguda rasvakoguseid, lõpetada kasv ja paljunemine, toota kaitsevalke (nt antifreeze-proteiinid või suhkrud, mis kaitsevad rakke külmumise eest) ning muuta ainevahetuse profiili, et taluda pikka ressursipuudust. Näited: paljud mets- ja koduloomad valmistuvad hibernateerima enne külmade tulekut, mitmed kõrrelised ja sõnajalgtaimed sulgevad kasvukeskkonna signaalide alusel pungad ning paljud putukad alustavad diapausi ettenähtud päevpikkuse muutuse põhjal.
Järelduslik puhkeolek
Järelduslik puhkeolek tekib siis, kui organismid lähevad pärast ebasoodsate tingimuste tekkimist puhkeolekusse. Seda esineb sageli piirkondades, kus kliima on ettearvamatu. Äkilised muutused tingimustes võivad põhjustada suure suremuse loomade seas, kes tuginevad järk-järgulisele puhkeolekusele. Teisest küljest võib selle kasutamine olla kasulik, kuna organismid jäävad kauem aktiivseks ja suudavad olemasolevaid ressursse paremini ära kasutada.
Järelduslik puhkeolek on sageli riskipõhine strateegia: organism jääb aktiivseks seni, kuni tingimused muutuvad talumatuks, ent see võib lõppeda kiire ja massilise suremusega, kui ootamatult halvenevad toidu- või veevarud või kui temperatuurid langevad liiga madalaks. Sellist käitumist esineb näiteks mõnedes ekstreemsetes või muutuvas kliimas elavates putukates ja selgroogsetes, samuti mikroorganismide sporulatsioonis peale stressorit (kuumus, desikatsioon jms).
Puhkeoleku mehhanismid ja märgid
- Ainevahetuse langus: väheneb hapniku tarbimine, südame löögisagedus ja hingamine.
- Energia ümberjaotamine: eelistatakse lipiidide ja varutud reservide kasutamist.
- Keha ja rakkude kaitse: toodetakse kaitsevalke, stabiliseeritakse rakumembraane ja vähendatakse vabade radikaalide teket.
- Käitumuslikud muutused: vähene liikumine, pesakondade ehk pesaehitus ja varjualade otsimine.
- Keskkonnamärgid: tavaliselt päevapikkuse muutus, püsiv temperatuuri langus/tõus, sademete muutused või toidu kättesaadavuse vähenemine.
Mõju ökosüsteemile ja inimtegevus
Puhkeolekul on olulised ökoloogilised tagajärjed: see aitab liikidel üle elada rasketel perioodidel, reguleerib populatsiooni dünaamikat ja võimaldab sünkroniseerida elutsükleid (nt massiline õitsemine või munemine). Samas võib puhkefaasi pikkus ja sünkroonitus mõjutada röövija-saalija suhteid ja tolmeldajate-õie vastastikmõjusid.
Inimese jaoks on puhkeolekul praktiline tähendus: põllumajanduses tuleb arvestada taimede talvitumis- või idanevusnõuetega (stratifitseerimine, külmakindlus), metsanduses ja loomakasvatuses planeeritakse tegevusi vastavalt loomade rütmile ning looduskaitses tuleb arvestada puhkefaasi kaitsmise ja ressursside säilitamisega. Muutuv kliima tekitab riski, et varajane või hilinenud puhkeoleku algus põhjustab fenoloogilisi mittepärasusi (mismatches), millel võivad olla võimendatud negatiivsed mõjud ökosüsteemile.
Kuidas puhkefaasi uuritakse
- välitöö ja pikaajalised vaatlusandmed (fenoloogia);
- metaboolsete näitajate mõõtmine laboritingimustes (respiromeetria, kehatemperatuuri logimine);
- telemeetria ja GPS-seadmed loomade liikumise ja aktiivsuse jälgimiseks;
- molekulaar- ja hormonaalsed analüüsid, et mõista regulatoorseid muutusi.
Kokkuvõte: puhkeperiood ehk puhkeolek on elutähtis strateegia, mis võimaldab organismidel kohaneda ebasoodsate tingimustega, säästa energiat ja suurendada ellujäämise tõenäosust. Selle tekkimist ja lõppu juhivad nii keskkonnamärgid kui sisemised signaalid ning muutused kliimas ja inimese tegevuses võivad oluliselt mõjutada nende strateegiate edukust.
Talvise puhkeoleku ajal seisab taimede ainevahetus praktiliselt paigal, mis on osaliselt tingitud temperatuurist, mis aeglustab keemilist aktiivsust.
Loomad
- Hibernatsioon: Hibernatsioon on mehhanism, mida paljud imetajad kasutavad energia säästmiseks ja toidupuuduse üleelamiseks talvel. Hibernatsioon võib olla ennetav või järeltõukav.
- Diapause: Diapause on ennetav strateegia, mida kontrollib looma genotüüp. See on putukate puhul tavaline sügise ja kevade vahel.
- Aestivatsioon: Aestivatsioon on väga kuumade või kuivade tingimuste tagajärjel tekkinud puhkeolek. See on tavaline selgrootutel ning esineb ka kopsukaladel, salamandritel, kõrbekilpkonnadel ja krokodillidel.
- Brummistumine: Brumatsioon on roomajate puhkeolek, mis sarnaneb talveunele. See erineb talveunest sellega seotud ainevahetusprotsesside poolest. Roomajad alustavad brumatsiooni tavaliselt hilissügisel. Nad ärkavad sageli üles, et juua vett ja minna tagasi "magama". Nad võivad jääda kuude kaupa ilma toiduta.
Taimed
Areng seemnest
Seeme, kuigi mitte aktiivne, on pisike elav asi. See sisaldab tulevase taime embrüot, mis ei muutu ega arene: see on puhkeolekus. Üldine arusaam on, et seeme "magab", kuni ta saab seda, mida ta vajab ärkamiseks. See ei ole õige. Erinevatel seemnetel on erinevad harjumused, mis on kahtlemata kohanenud nende elupaigaga. Seemnetel on erinevaid puhkefaase:
1. Seemne puhkeolek: tähendab, et seeme ei arene mõnda aega isegi siis, kui tingimused on sobivad. p98 Viivitatud idanemine (areng) võimaldab aega levimiseks. Seemnes toimuvad muutused, mis varem või hiljem panevad ta idanema. Üksikasjad on liikide lõikes väga erinevad.
2. Seemne talvitumine: ei idane, sest tingimused ei ole sobivad. Kasvu käivitavad konkreetsed sündmused keskkonnas. Mõned, kuid mitte kõik seemned on teada, millised üksikasjad neid vallandavad. Näited on vihm, tulekahju, maapinna temperatuur. Paljud seemned idanevad alles pärast seda, kui nad on söödud ja läbinud looma seedesüsteemi. See on samuti üks levimisviis.
Kui seeme idaneb ("ärkab"), hakkab sellest kasvama väike taim, mida nimetatakse seemneks. Ta kasutab seemne sees olevat pehmet lihast toitainet (toitu), kuni ta on valmis ise looma toitu, kasutades selleks päikesevalgust, vett ja õhku.
Enamik seemneid idaneb maa all, kus puudub päikesevalgus. Taim ei vaja mullas olevaid toitaineid mõne päeva või nädala jooksul, sest seemnes on olemas kõik, mida ta kasvamiseks vajab. Hiljem hakkab ta aga vajama päikesevalgust. Kui seal on päikesevalgus, kasutab taim seda, et tervena kasvada. Kui valgust ei ole, kasvab taim veel mõnda aega, kuid tema plastid ei küpse: klorofüll ei muutu roheliseks. Kui taim ei saa piisavalt valgust, sureb ta lõpuks ära. Ta vajab valgust, et teha endale toitu, kui seemnes olev varu saab otsa.
- Vanim süsinikdioksiidiga 14 dateeritud seemne, millest on kasvanud taim, oli umbes 2000 aasta vanune Juuda datlipalmi seeme, mis leiti Heroodese Suure Masada palee väljakaevamistelt Iisraelis. See idanes 2005. aastal.
- Suurimaid seemneid toodab Coco de mer ehk "kahekordne kookospalm", Lodoicea maldivica. Kogu vili võib kaaluda kuni 23 kilogrammi (50 naela) ja sisaldab tavaliselt ühte seemet.
Seotud leheküljed
- Torpor
Küsimused ja vastused
K: Mis on doreerimine?
V: Puhkeolek on organismi elutsükli periood, mil kasv, areng ja (loomadel) füüsiline aktiivsus on ajutiselt peatunud.
K: Miks lähevad organismid puhkefaasi?
V: Organismid lähevad puhkefaasi, et vähendada ainevahetuse aktiivsust ja seega säästa energiat.
K: Kuidas on puhkefaas seotud keskkonnatingimustega?
V: Puhkeolek on tavaliselt tihedalt seotud keskkonnatingimustega. Organismid võivad sünkroniseerida puhkefaasi sisenemise oma keskkonnaga, kasutades selleks ettevaatusabinõusid või tagajärgi.
K: Mis on prognoositav puhkeolek?
V: Ennustav puhkeolek tekib siis, kui organism läheb puhkeolekusse enne ebasoodsate tingimuste tekkimist.
K: Kuidas kasutavad taimed prognoosivat puhkeolekut?
V: Taimed kasutavad päeva pikkust ja temperatuuri langust, et alustada puhkeperioodi enne talve algust.
K: Mis on järelmõjuline puhkeolek?
V: Järelduslik puhkeolek tekib siis, kui organismid lähevad puhkeolekusse pärast ebasoodsate tingimuste tekkimist.
K: Millised on järgneva puhkeoleku eelised ja puudused?
V: Järelkasvu puhkeoleku kasutamine võib olla kasulik, kuna organismid jäävad kauem aktiivseks ja suudavad olemasolevaid ressursse paremini ära kasutada. Kuid järsku muutuvad tingimused võivad põhjustada järk-järgulist puhkeolekut kasutavate loomade suurt suremust.
Otsige