第八章 生物节律

LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity第八章第八章生物节律生物节律BiologicalRhythmBiologicalRhythmLiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity„„生物节律及其类型生物节律及其类型„„生物节律调节因素生物节律调节因素„„生物节律机制生物节律机制LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity生物节律生物节律biologicalrhythmbiologicalrhythm„„生物节律（生物节律（biologicalrhythmbiologicalrhythm））::又称又称节律性行为节律性行为,,指动物的活动和行指动物的活动和行为表现出的周期性现象。为表现出的周期性现象。„„生物节律就是生物在适应自然环境节生物节律就是生物在适应自然环境节律过程中，通过适应、进化、再经过律过程中，通过适应、进化、再经过遗传而体现出来的生活规律与节奏。遗传而体现出来的生活规律与节奏。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity生物节律几种类型生物节律几种类型潮汐节律潮汐节律tidalrhythmtidalrhythm„„潮水在一天内两涨两退，周期是潮水在一天内两涨两退，周期是2424小时小时5050分钟，因此每天往后延分钟，因此每天往后延迟迟5050分钟。潮水高低还随月周期分钟。潮水高低还随月周期而变动，而变动，1414天出现一次极高潮，天出现一次极高潮，每月的初一和十五是潮水昀高的每月的初一和十五是潮水昀高的日子（如图）。日子（如图）。„„作为生活于潮间带的许多生物的作为生活于潮间带的许多生物的定时因素而言，月或潮汐周期可定时因素而言，月或潮汐周期可能比昼夜的光暗周期更重要，其能比昼夜的光暗周期更重要，其生态作用更显著。生态作用更显著。„„如如::沙泡蟹沙泡蟹,,蛤蜊蛤蜊和和寄居蟹寄居蟹..„„潮汐节律潮汐节律是海洋生物与潮水涨退的变化相适应的节律是海洋生物与潮水涨退的变化相适应的节律行为。潮汐节律现象是由月球引力引起的行为。潮汐节律现象是由月球引力引起的,,很多潮间带很多潮间带的动物都表现有潮汐节律的动物都表现有潮汐节律..LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity潮汐节律潮汐节律tidalrhythmtidalrhythm„„活动节律活动节律：每天低潮时刻，招潮蟹从沙洞里爬出来：每天低潮时刻，招潮蟹从沙洞里爬出来活动，寻找绿藻和退潮是留在泥沙上的微生物为食活动，寻找绿藻和退潮是留在泥沙上的微生物为食物。当潮水一来，它们又进入自己的洞穴中休息。物。当潮水一来，它们又进入自己的洞穴中休息。„„变色节律变色节律与太阳的昼夜周期和潮汐有关：每到夜与太阳的昼夜周期和潮汐有关：每到夜间，其体色变为黄白色，一到白天就变成深色。每间，其体色变为黄白色，一到白天就变成深色。每天日出时，体色开始变深，但要到低潮时（昀活跃天日出时，体色开始变深，但要到低潮时（昀活跃时刻）才达到昀深色。且呈现昀深颜色的时间每天时刻）才达到昀深色。且呈现昀深颜色的时间每天推迟推迟5050分钟。分钟。„„实验实验：关闭在暗室内（无昼夜，无潮汐）一月的招：关闭在暗室内（无昼夜，无潮汐）一月的招潮蟹和自然环境中的同类具有完全一致的节律，它潮蟹和自然环境中的同类具有完全一致的节律，它们在同一时刻体色变得昀深。们在同一时刻体色变得昀深。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity月节律月节律lunarcycleslunarcycles„„与月球绕地球公转有关，是月相变化的周期，即月球在地与月球绕地球公转有关，是月相变化的周期，即月球在地表上空相继两次具有相同月相所经历的时间。周期为表上空相继两次具有相同月相所经历的时间。周期为29.529.5天。和潮汐节律紧密相关。天。和潮汐节律紧密相关。„„加利福尼亚沿岸海域的银海鱼的繁殖习性加利福尼亚沿岸海域的银海鱼的繁殖习性：在晚间极高潮：在晚间极高潮（满月和新月）的日子产卵，且在潮水刚开始下退时雌鱼（满月和新月）的日子产卵，且在潮水刚开始下退时雌鱼就钻进沙里，把卵产在沙中，雄鱼把精液排到卵上后就随就钻进沙里，把卵产在沙中，雄鱼把精液排到卵上后就随潮水退回海中。银海鱼的卵在沙中发育，两周后成为幼潮水退回海中。银海鱼的卵在沙中发育，两周后成为幼鱼，正好是下一次极高潮，幼鱼便随潮水回到海里。鱼，正好是下一次极高潮，幼鱼便随潮水回到海里。„„南太平洋的大沙蚕群浮（南太平洋的大沙蚕群浮（swarming)swarming)现象现象：成虫的生殖器：成虫的生殖器官于每年的同一天同一时刻成熟，此时必须正当下弦月官于每年的同一天同一时刻成熟，此时必须正当下弦月(9(9、、1010月）。繁殖时，充满生殖腺的尾部和母体分开，游至水月）。繁殖时，充满生殖腺的尾部和母体分开，游至水面受精，而头部和身体的前半部则仍留在珊瑚洞里，慢慢面受精，而头部和身体的前半部则仍留在珊瑚洞里，慢慢地重新长出生殖器官来，来年再次繁殖。地重新长出生殖器官来，来年再次繁殖。„„圣诞岛红蟹圣诞岛红蟹的繁殖习性的繁殖习性LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity蚁狮洞穴大小的月节律蚁狮洞穴大小的月节律LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity日节律日节律dailyrhythmdailyrhythm„„日节律日节律(dailyrhythm),(dailyrhythm),又叫又叫昼夜节律昼夜节律(day(day--nightnightrhythm)rhythm)：节律周期为：节律周期为2424小时小时,,其行为和白昼黑夜的其行为和白昼黑夜的交替相关。交替相关。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity日节律日节律dailyrhythmdailyrhythm„„有些动物白昼活动夜间休息有些动物白昼活动夜间休息,,称为称为昼行性动物昼行性动物（（diurnalanimal),diurnalanimal),如大多数鸟类、旱獭、松鼠、蜂、如大多数鸟类、旱獭、松鼠、蜂、蝶；有些动物夜间活动白天休息蝶；有些动物夜间活动白天休息,,称为称为夜行性动物夜行性动物（（nocturnalanimal),nocturnalanimal),如如指猴指猴、刺猬、、刺猬、蝙蝠蝙蝠、、猫头鹰猫头鹰;;还有些动物晨昏活动还有些动物晨昏活动,,称为称为晨昏性动物晨昏性动物(crepuscular(crepuscularanimal),animal),如夜鹰。如夜鹰。„„然而，夜行性动物多数也不是整夜都活动的。许多然而，夜行性动物多数也不是整夜都活动的。许多种类往往有两个活动高峰，一个在夜幕刚降临时，种类往往有两个活动高峰，一个在夜幕刚降临时，另一个在破晓之前，其中前一高峰更明显，午夜是另一个在破晓之前，其中前一高峰更明显，午夜是其活动低落时期。因此其活动低落时期。因此晨昏性动物与夜行性动物常晨昏性动物与夜行性动物常难以区分难以区分。。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity动物的活动与静止交替出现的昼夜节律，往往伴随着其代谢水平动物的活动与静止交替出现的昼夜节律，往往伴随着其代谢水平高低的变化，体温也随之改变。一般来说，夜行性动物的代谢水高低的变化，体温也随之改变。一般来说，夜行性动物的代谢水平在夜间高于白天，夜间体温也略高一些；昼行性动物情况与之平在夜间高于白天，夜间体温也略高一些；昼行性动物情况与之相反。另外许多生理指标也具有昼夜节律性，如脉搏、尿量等。相反。另外许多生理指标也具有昼夜节律性，如脉搏、尿量等。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity年节律年节律annualrhythmannualrhythm„„年节律年节律(annualrhythm)(annualrhythm)：节律周期为一年，即：节律周期为一年，即地球围绕太阳公转一周。生物的年节律与地球地球围绕太阳公转一周。生物的年节律与地球上的季节变化是一致的。上的季节变化是一致的。„„如：昆虫会在冬季进入滞育期或休如：昆虫会在冬季进入滞育期或休眠期眠期,,两栖类、爬行类的冬眠两栖类、爬行类的冬眠,,鸟类的鸟类的迁徙迁徙,,食草动物的迁徙食草动物的迁徙，鸟兽的春季繁殖，鸟兽的春季繁殖LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversityLiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversityLiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity美洲王蝶的迁徙美洲王蝶的迁徙„„每年每年1010月底至来年月底至来年33月初，上亿只美洲王蝶月初，上亿只美洲王蝶从美国东北部和加拿大南部飞越从美国东北部和加拿大南部飞越45004500多公里多公里来到温暖的墨西哥中部林区越冬和繁衍，来到温暖的墨西哥中部林区越冬和繁衍，尔后自然死亡。来年尔后自然死亡。来年33月，这些王蝶的后代月，这些王蝶的后代会飞回原来的栖息地。会飞回原来的栖息地。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity年节律年节律annualrhythmannualrhythm„„地松鼠地松鼠(golden(golden--mantledgroundsquirrel)mantledgroundsquirrel)的冬眠的冬眠（（PengelleyPengelley&Asmundson,1971)&Asmundson,1971)„„实验实验11：实验室：实验室12D:12L12D:12L，恒温条件下，仍在每年近似，恒温条件下，仍在每年近似时间进入冬眠时间进入冬眠„„实验实验22：实验室出生起被置于：实验室出生起被置于33℃℃和黑暗中，仍保持活和黑暗中，仍保持活动和冬眠交替的年节律（如下图）动和冬眠交替的年节律（如下图）„„实验实验33：实验室内：实验室内3535℃℃条件下，不冬眠，但会在条件下，不冬眠，但会在““冬冬天天””减少食物和水的消耗，减少食物和水的消耗，““春天春天””增加体重增加体重LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity调节因素调节因素--光光„„每一种动物均有其特有每一种动物均有其特有的昼夜活动规律。何时的昼夜活动规律。何时活动，何时不活动，还活动，何时不活动，还要取决于一系列因素。要取决于一系列因素。如如食物供应食物供应、、天敌条件天敌条件、、光照光照、、温度温度、、湿度湿度等等。等等。决定各种动物活动节律决定各种动物活动节律的主导因素可能不同。的主导因素可能不同。„„光与动物的昼夜节律光与动物的昼夜节律例：自然光照条件下，例：自然光照条件下，严格营夜出活动的美洲严格营夜出活动的美洲飞鼠（如图）会随每天飞鼠（如图）会随每天日落时间的季节性变化日落时间的季节性变化而改变其开始活动的时而改变其开始活动的时间，说明光对其活动的间，说明光对其活动的开始时间起决定性作用。开始时间起决定性作用。LiZhang,AnimBehav.BeijingNormalUniversity„„按照动物繁殖与光照长短的关系，将其分为两按照动物繁殖与光照长短的关系，将其分为两大类：大类：„„长日照动物长日照动物(long(long--dayanimals),dayanimals),温带和高纬度地温带和高纬度地区的许多鸟兽在白昼逐渐延长的春夏之际繁区的许多鸟兽在白昼逐渐延长的春夏之际繁殖，殖，如鼬和许多鸟类如鼬和许多鸟类。。„„短日照动物短日照动物(short(short--dayanimals)dayanimals)：绵羊、山羊和：绵羊、山羊和鹿类鹿类只在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性腺只在白昼逐步缩短的秋冬之际才开始性