Ο χρονοδότης Ήλιος

Είναι γνωστό ότι διάφορες φυσιολογικές λειτουργίες φυτών και ζώων επηρεάζονται
άμεσα ή έμμεσα από τους περιβαλλοντικούς παράγοντες. Ειδικά στα ζώα, οι
παράγοντες αυτοί επηρεάζουν επίσης ποικίλες δραστηριότητες και συμπεριφορές.
Οι σημαντικότεροι περιβαλλοντικοί παράγοντες είναι η θερμοκρασία, η σχετική
υγρασία, η βροχόπτωση, ο άνεμος, η ατμοσφαιρική πίεση κ.λπ. Κυρίαρχο ρόλο έχει
επίσης το φως με τις ιδιότητές του: ένταση και μήκος κύματος. Μια τρίτη
«ιδιότητα» του φωτός που απεδείχθη, σχετικά πρόσφατα, ότι ρυθμίζει χρονικά τη
ζωή πολλών φυτών και ζώων είναι η φωτοπερίοδος, δηλαδή η εναλλαγή φάσεων φωτός
και σκότους (φωτόφαση και σκοτόφαση) που επαναλαμβάνεται στη φύση κατά τη
διάρκεια του 24ώρου. Ρυθμιστικό ρόλο έχει επίσης η σχετική διάρκεια των
ανωτέρω φάσεων, που μεταβάλλονται ως γνωστό στη διάρκεια του έτους. Φυσικά οι
τιμές και άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων εμφανίζουν εικοσιτετράωρη ή ετήσια
περιοδικότητα. Όμως η φωτοπερίοδος είναι το μόνο φαινόμενο που χαρακτηρίζεται
από απόλυτη κανονικότητα, συνέπεια και ακρίβεια στην επαναληπτικότητά του
χωρίς τυχαίες ή απρόβλεπτες διακυμάνσεις. Έτσι δεν είναι περίεργο που οι
οργανισμοί, στη μακρόχρονη εξελικτική τους πορεία, ανέπτυξαν την ικανότητα
(προσαρμογή) να χρησιμοποιούν τη φωτοπερίοδο ως αξιόπιστο χρονοδότη και δείκτη
για τις επικείμενες αλλαγές άλλων περιβαλλοντικών παραγόντων, οι οποίοι
επηρεάζουν άμεσα την επιβίωση και διαιώνισή τους. Ένας τέτοιος παράγων είναι
π.χ. η χαμηλή θερμοκρασία του χειμώνα στις εύκρατες και βόρειες περιοχές της Γης.

Φυτά και ζώα των περιοχών αυτών έχουν αναπτύξει διάφορες προσαρμογές (πτώση
των φύλλων, λήθαργος, χειμερία νάρκη, εναπόθεση λίπους κ.λπ.) για την επιβίωσή
τους στη διάρκεια του χειμώνα. Κάποια ζώα «παρακάμπτουν» το πρόβλημα
μεταναστεύοντας σε νοτιότερες περιοχές. Όμως τα ζώα και τα φυτά δεν
«περιμένουν» να ενσκήψουν οι χαμηλές θερμοκρασίες για να πραγματοποιήσουν τις
απαραίτητες φυσιολογικές αλλαγές ή να μεταναστεύσουν, γιατί τότε, στην
περίπτωση π.χ. ενός ασυνήθιστα θερμού φθινοπώρου, ο χειμώνας θα τα εύρισκε
ξαφνικά απροετοίμαστα. Χρησιμοποιούν λοιπόν τη μείωση της διάρκειας της
ημέρας, ήδη από το τέλος του καλοκαιριού, ως έγκαιρη και ασφαλή πληροφορία και
«προετοιμάζονται» για τον επερχόμενο χειμώνα.

Τα παραπάνω φαινόμενα και σχέσεις, που έχουν επιβεβαιωθεί και πειραματικά,
οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα ζώα αλλά και τα φυτά έχουν τρόπους και
μηχανισμούς όχι μόνο να «γνωρίζουν σε μια δεδομένη στιγμή αν είναι ημέρα ή
νύχτα» αλλά και να μετρούν τον χρόνο. Έχουν δηλαδή κάποιον φυσιολογικό
μηχανισμό ­ η λειτουργία του οποίου δεν είναι ακριβώς γνωστή ­ που επεκράτησε
να ονομάζεται βιολογικό ρολόι.

Η ύπαρξη κάποιου βιολογικού ρολογιού έχει αποδειχθεί επίσης με παρατηρήσεις
και πειράματα στα οποία μελετήθηκαν οι δραστηριότητες και συμπεριφορές των
ζώων στη διάρκεια της 24ωρης φωτοπεριόδου. Όπως είναι γνωστό, τα ζώα, κάτω από
φυσικές συνθήκες, πραγματοποιούν τις διάφορες δραστηριότητές τους (αναζήτηση
τροφής, σύζευξη, κελάηδημα, ωοτοκία κ.λπ.) χρονοθετημένες σε ορισμένες μόνο
περιόδους του 24ώρου. Αρχικά θεωρήθηκε ότι η έναρξη ή ο τερματισμός της
δραστηριότητας συνέπιπτε χρονικά και ήταν άμεση συνέπεια ερεθίσματος εξωγενούς
φύσεως (π.χ. έναρξη της φωτόφασης ή της σκοτόφασης). Λεπτομερείς όμως
παρατηρήσεις και πειράματα έδειξαν ότι η έναρξη ή ο τερματισμός της
δραστηριότητας συνέβαινε αρκετές ώρες μετά ή πριν την αλλαγή της φάσης, μια
άλλη απόδειξη της ικανότητας των ζώων να μετρούν τον χρόνο. Αλλά το πλέον
καταπληκτικό είναι τούτο: Σε πειράματα στα οποία ζώα εκτέθηκαν σε κάποιο
καθεστώς φωτοπεριόδου για μερικά 24ωρα και στη συνέχεια διατηρήθηκαν σε
συνεχές σκοτάδι (δηλ. απουσία εξωτερικού χρονοδότη), παρατηρήθηκε ότι η
δραστηριότητα των ζώων εξακολούθησε να εμφανίζει περιοδικότητα (ρυθμό) για
αρκετά 24ωρα. Συνεπώς, η περιοδική εκδήλωση της δραστηριότητας είναι
ενδογενούς φύσεως, αφού ­ άπαξ και αρχίσει ­ συνεχίζεται και χωρίς εξωτερικό
χρονοδότη. Όμως ο ενδογενής αυτός ρυθμός δεν έχει περίοδο ακριβώς 24 ώρες. Σε
άλλα ζώα είναι λίγο μικρότερη (π.χ. 23 ώρες), σε άλλα λίγο μεγαλύτερη.
Διαφέρει επίσης από δραστηριότητα σε δραστηριότητα. Πιστεύεται λοιπόν ότι ο
ρόλος της φωτοπεριόδου ή οποιουδήποτε εξωτερικού χρονοδότη, περιόδου 24 ωρών,
είναι να «διορθώνει» την περίοδο του ενδογενούς ρυθμού στις 24 ώρες και να
εξασφαλίζει μια σταθερή «φυσιολογική» αλληλουχία και χρονικές σχέσεις μεταξύ
των διαφόρων δραστηριοτήτων. Εάν λοιπόν ξαφνικά ο εξωτερικός χρονοδότης
υποστεί «βλάβη» (π.χ. έκλειψη Ηλίου), είναι φυσικό να διαταραχθούν (παροδικά)
κάποιες λειτουργίες και συμπεριφορές των ζώων.

Έχει αποδειχθεί ότι και στον άνθρωπο διάφορες καταστάσεις και λειτουργίες
(π.χ. ύπνος, εγρήγορση, θερμοκρασία του σώματος, πίεση αίματος, παραγωγή ούρων
κ.λπ.) έχουν ενδογενή ρυθμό. Το ενδιαφέρον και χρήσιμο, από πρακτικής πλευράς,
είναι ότι οι ενδογενείς ρυθμοί όλων αυτών των λειτουργιών δεν έχουν ίσες
περιόδους. Διατηρούνται όμως σε μια (φυσιολογική) χρονική σχέση μεταξύ τους
λόγω της έκθεσης του ατόμου σε εξωτερικό χρονοδότη που στην περίπτωση του
ανθρώπου μπορεί να είναι και κοινωνικής φύσεως. Απουσία όμως εξωτερικού
χρονοδότη, η (φυσιολογική) χρονική αλληλουχία των διαφόρων αυτών λειτουργιών
διαταράσσεται με δυσμενείς επιπτώσεις στην υγεία του ατόμου.

Ο Μ. Καρανδεινός είναι καθηγητής Οικολογίας και Περιβάλλοντος στο Γεωπονικό
Πανεπιστήμιο Αθηνών.