PHOTOPÉRIODE: CHEZ LES PLANTES ET LES ANIMAUX - LA BIOLOGIE - 2025

La photopériode est la quantité de lumière et d'obscurité dans un cycle de 24 heures. Dans la zone de l'équateur - où la latitude prend une valeur de zéro - elle est constante et équitable, avec 12 heures de lumière et 12 heures d'obscurité.

La réponse à la photopériode est un phénomène biologique où les organismes modifient certaines de leurs caractéristiques - reproduction, croissance, comportement - en fonction de la variation de la lumière, des saisons et du cycle solaire.

La photopériode affecte la germination des graines. Source: pixabay.com

Généralement, la photopériode est généralement étudiée chez les plantes. Il cherche à comprendre comment les variations du paramètre d'éclairage modifient la germination, le métabolisme, la production de fleurs, l'intervalle de dormance des bourgeons ou d'autres caractéristiques.

Grâce à la présence de pigments spéciaux, appelés phytochromes, les plantes sont capables de détecter les changements environnementaux qui se produisent dans leur environnement.

Selon les preuves, le développement des plantes est affecté par le nombre d'heures reçues. Par exemple, dans les pays aux saisons marquées, les arbres ont tendance à ralentir à l'automne, où la photopériode est plus courte.

Le phénomène s'étend aux membres du règne animal. La photopériode est capable d'affecter sa reproduction et son comportement.

La photopériode a été découverte en 1920 par Garner et Allard. Ces chercheurs ont montré que certaines plantes modifient leur floraison en réponse aux changements de durée de la journée.

Pourquoi la photopériode se produit-elle?

À mesure que nous nous éloignons de cette zone, les temps de lumière et d'obscurité changent en réponse à l'inclinaison de l'axe de la terre vers le soleil.

Lorsque nous passons de l'équateur à l'un ou l'autre des pôles, les différences entre la lumière et l'obscurité sont plus marquées - en particulier aux pôles, où l'on trouve 24 heures de lumière ou d'obscurité, selon la période de l'année.

De plus, la rotation annuelle de la terre autour du soleil fait changer la photopériode tout au long de l'année (à l'exception de l'équateur). Ainsi, les jours sont plus longs en été et plus courts en hiver.

Avantages de répondre à la photopériode

La capacité de coordonner certains processus de développement avec une période particulière de l'année où il y a une forte probabilité que les conditions soient plus favorables confère un certain nombre d'avantages. Cela se produit chez les plantes, les animaux et même certains champignons.

Pour les organismes, il est avantageux de se reproduire à des moments de l'année où les juvéniles n'ont pas à affronter les conditions extrêmes d'un hiver. Ceci, sans aucun doute, augmentera la survie de la progéniture, fournissant un avantage adaptatif clair au groupe.

En d'autres termes, le mécanisme de sélection naturelle favorisera la diffusion de ce phénomène dans les organismes qui ont acquis des mécanismes leur permettant de sonder l'environnement et de répondre aux changements de la photopériode.

Photopériode dans les plantes

Chez les plantes, la durée des jours a des effets marqués sur nombre de leurs fonctions biologiques. Ci-dessous, nous décrirons les principaux processus affectés par la durée du jour et de la nuit:

Floraison

Historiquement, les plantes ont été classées comme plantes à jours longs, à jours courts ou neutres. Les mécanismes végétaux pour mesurer ces stimuli sont très sophistiqués.

Actuellement, il a été déterminé qu'une protéine appelée CONSTANS a un rôle important dans la floraison, activée en une autre petite protéine qui se déplace à travers les faisceaux vasculaires et active un programme de développement dans un méristème reproducteur et induit la production de fleurs.

Plantes à jours longs et courts

Les plantes à jours longs fleurissent plus rapidement uniquement lorsque l'exposition à la lumière dure plusieurs heures. Dans ces types de plantes, la floraison n'aura pas lieu si la durée de la période d'obscurité est dépassée d'une valeur particulière. Cette «valeur critique» de la lumière varie selon les espèces.

Ces types de plantes fleurissent au printemps ou au début de l'été, où la valeur de la lumière répond à l'exigence minimale. Le radis, la laitue et le lys sont classés dans cette catégorie.

En revanche, les plantes à jours courts nécessitent des expositions à la lumière plus faibles. Par exemple, certaines plantes qui fleurissent à la fin de l'été, à l'automne ou en hiver ont des jours courts. Parmi ceux-ci, les chrysanthèmes, la fleur ou l'étoile de Noël et certaines variétés de soja se distinguent.

Latence

Les états de latence sont utiles pour les plantes, car ils leur permettent de faire face à des conditions environnementales défavorables. Par exemple, les plantes qui vivent dans les latitudes nordiques utilisent la durée réduite du jour à l'automne comme un avertissement pour le froid.

De cette façon, ils peuvent développer un état de dormance qui les aidera à faire face aux températures glaciales à venir.

Dans le cas des hépatiques, elles peuvent survivre dans le désert car elles utilisent de longues journées comme signal pour entrer en dormance pendant les périodes arides.

Combinaison avec d'autres facteurs environnementaux

Plusieurs fois, la réponse de la plante n'est pas déterminée par un seul facteur environnemental. Outre la durée de la lumière, la température, le rayonnement solaire et les concentrations d'azote sont généralement des facteurs décisifs du développement.

Par exemple, chez les plantes de l'espèce Hyoscyamus niger, le processus de floraison n'aura pas lieu s'il ne répond pas aux exigences de la photopériode, et aussi de la vernalisation (quantité minimale de froid requise).

Photopériode chez les animaux

Comme nous l'avons vu, la durée du jour et de la nuit permet aux animaux de synchroniser leurs stades de reproduction avec des périodes favorables de l'année.

Les mammifères et les oiseaux se reproduisent généralement au printemps, en réponse à l'allongement des jours, et les insectes deviennent généralement des larves à l'automne, lorsque les jours raccourcissent. Les informations concernant la réponse à la photopériode chez les poissons, les amphibiens et les reptiles sont limitées.

Chez les animaux, le contrôle de la photopériode est principalement hormonal. Ce phénomène est médié par la sécrétion de mélatonine dans la glande pinéale, qui est fortement inhibée par la présence de lumière.

La sécrétion hormonale est plus importante dans les périodes d'obscurité. Ainsi, les signaux photopériodiques sont traduits en sécrétion de mélatonine.

Cette hormone est responsable de l'activation de récepteurs spécifiques situés dans le cerveau et dans l'hypophyse qui régulent les rythmes de reproduction, le poids corporel, l'hibernation et la migration.

La connaissance de la réponse des animaux aux changements de la photopériode a été utile pour l'homme. Par exemple, dans l'élevage, diverses études cherchent à comprendre comment la production laitière est affectée. Jusqu'à présent, il a été confirmé que de longues journées augmentent ladite production.

Références

1. Campbell, NA (2001). Biologie: concepts et relations. Pearson Education.
2. Dahl, GE, Buchanan, BA et Tucker, HA (2000). Effets photopériodiques sur les bovins laitiers: un examen. Journal de la science laitière, 83 (4), 885-893.
3. Garner, WW et Allard, HA (1920). Effet de la durée relative du jour et de la nuit et d'autres facteurs de l'environnement sur la croissance et la reproduction des plantes. Revue météorologique mensuelle, 48 (7), 415-415.
4. Hayama, R. et Coupland, G. (2004). La base moléculaire de la diversité des réponses photopériodiques de floraison d'Arabidopsis et du riz. Physiologie végétale, 135 (2), 677-84.
5. Jackson, SD (2009). Réponses des plantes à la photopériode. Nouveau phytologue, 181 (3), 517-531.
6. Lee, BD, Cha, JY, Kim, MR, Paek, Caroline du Nord et Kim, WY (2018). Système de détection de photopériode pour le moment de la floraison des plantes. Rapports BMB, 51 (4), 163-164.
7. Romero, JM et Valverde, F. (2009). Mécanismes photopériodiques conservés évolutivement chez les plantes: quand la signalisation photopériodique des plantes est-elle apparue?. Signalisation et comportement de l'installation, 4 (7), 642-4.
8. Saunders, D. (2008). Photopériodisme chez les insectes et autres animaux. En photobiologie (pp. 389-416). Springer, New York, NY.
9. Walton, JC, Weil, ZM et Nelson, RJ (2010). Influence de la photopériode sur les hormones, le comportement et la fonction immunitaire. Frontiers in neuroendocrinology, 32 (3), 303-19.