Photoperiodical regulation of reproductive cycles of animals.

Organizmami żywymi, sklasyfikowanymi w nawet najluźniej spokrewnione taksony, rządzą cykliczne ciągi zdarzeń, zwane rytmami biologicznymi. Mogą one mieć okres krótszy niż doba, dłuższy, bądź bardzo zbliżony do 24 godzin. Rytmy pochodzenia wewnętrznego, zwane endogennymi, nie są zależne od środowiska zewnętrznego, natomiast jego wpływ na rytmy egzogenne jest niepodważalny. Istotnym synchronizatorem rytmów egzogennych są czynniki określane jako Zeitgeber, czyli „dawca czasu”. Wyeliminowanie możliwości synchronizacji ze środowiskiem powoduje przejęcie kontroli przez rytmy wolno biegnące.Światło to najistotniejszy synchronizator rytmów biologicznych. Do innych istotnych czynników środowiskowych należą: temperatura, okres obfitości pożywienia, czy interakcje socjalne z innymi istotami. Bodźce świetlne wywierają wpływ na szyszynkę i siatkówkę, co jest kluczowe dla pracy nadrzędnego zegara biologicznego, który u ssaków znajduje się w jądrach nadskrzyżowaniowych (SCN) mózgowia. Odpowiedzią na ekspozycję organizmu na stymulację świetlną, objawiającą się całą grupą zjawisk fizjologicznych oraz behawioralnych, nazywa się fotoperiodyzmem. Najbardziej prawdopodobną teorią dotyczącą powstania tego zespołu reakcji, jest pogląd, iż został wykształcony w toku ewolucji przy zdobywaniu lądu, gdzie wahania temperatury nie stanowią pewnego źródła informacji o upływie czasu.Do zjawisk ściśle zależnych od fotoperiodycznego domierzania czasu przez zwierzęta, należą między innymi: migracje, zmiany owłosienia lub upierzenia oraz rozród. Reprodukcja może być zależna od pory roku, lub następować w dowolnym momencie, w zależności od rozpatrywanego gatunku. Zarówno przystąpieniem do rozrodu, jak i zakończeniem działalności reprodukcyjnej, kieruje zegar biologiczny, dzięki sygnałom pochodzącym z siatkówki, odpowiedzialnej za odbieranie bodźców świetlnych, oraz szyszynki, wydzielającej melatoninę - hormon wydzielany w nocy bez względu na tryb życia zwierzęcia. Substancja ta powstaje w wyniku szeregu reakcji biochemicznych, gdzie cząsteczką wyjściową jest L-tryptofan, istotnym produktem pośrednim serotonina, a sama melatonina (N-acetylo-5-metoksytyptamina) jest czynną biologicznie cząsteczką, dla której w komórkach docelowych istnieją specyficzne receptory zlokalizowane w błonie komórkowej: MT1 obecny w podwzgórzu i przysadce, MT2 znalezione w siatkówce oraz MT3 umiejscowione w mózgowiu niektórych grup kręgowców.Ze względu na przebieg sekrecji melatoniny, wyróżnia się trzy profile: profil A, przedstawiający szczyt wydzielania melatoniny pod koniec nocy, profil B, dla którego charakterystyczny jest szczyt sekrecji w środku fazy ciemnej, oraz profil C, który obrazuje nagły skok stężenia melatoniny, powolny spadek a następnie gwałtowne zmniejszenie ilości tego hormonu we krwi pod koniec fazy ciemnej.Stwierdzono obecność melatoniny u grup istot żywych bardzo daleko z sobą spokrewnionych, co oznacza, iż melatonina jest hormonem bardzo starym ewolucyjnie, pełni wiele rozmaitych funkcji od regulacji snu i czuwania, aż po zmiatanie wolnych rodników w zależności od stopnia skomplikowania organizmu oraz jego potrzeb fizjologicznych.

All the living organisms classified in distantly related taxons are governed by cyclical series of events called biological rythms. These rythms may be of shorter length than the day and night, might also be almost equal to twenty-four hours or of longer or shorter duration. The endogenous rythms are not dependent on external stimuli, but the environment undeniably has an impact on exogenous ones. Every important synchronizer of circadian period is called a Zeitgeber („time giver” or „synchronizer”). Elimination of the possibility to synchonise with external factors from the enviroment causes taking over by free-running rythms.The most essential synchronizer in nature is sunlight but there are also other significant factors such as temperature, abundance of food, or social interactions. The light stimuli have an influence on retina and pineal gland, which is critical for the biological clock that is localised in the part of mammals' brain called suprachiasmatic nuclei (SCN). Exposure to light causes a number of behavioural and physiological responses defined as photoperiodism. The most probable theory about the origin of such sets of reactions seems to be that it developed during the collonisation of land where the temperature oscillations were no longer a certain source of information about the passage of time.Some exemplary phenomena strictly related to the photoperiodical way of measuring the time are migrations, moulting of fur or feathers and breeding. Reproduction may be season-dependent or happen regardless of the season depending on a species. The biological clock regulates both the beginning and the end of a breeding season basing on the signals from the retina (responsible for the reception of light stimuli) and pineal gland (secreting melatonin during the night irrespective of the nocturnal or diurnal way of life).Melatonin is synthesized from L-tryptophan through a chain of biochemical reactions, involving an intermediate product – serotonin. The hormone discussed (N-acetyl-5-methoxytryptamine) is a biologically active molecule only if the target cells have specific receptors localized in their membrane: MT1 present in hypothalamus and pituitary gland, MT2 found in retina and MT3 in brain of certain groups of vertebrates, except mammals.Due to the variance in the manner of nocturnal melatonin secretion three profiles are distinguished. Profile A presents the peak of the hormone concentration at the end of night, profile B is characterised with the most intensive secretion in the middle of the dark phase, and profile C with first, a rapid growth of melatonin concentration, then a slow decrease and a sudden fall at the end of night.Presence of melatonin has been observed in distantly related taxons. It proves that the hormone is impressively old, and has plenty of various functions, such as the regulation of day-night cycle, or even neutralisation of free radicals, depending on the complexity of an organism and its physiological needs.