איך יודעים שבא אביב?
אנחנו רואים את הלבלוב, הפריחה והרבייה בעולם החי. הצמחים ובעלי החיים מודדים בשיטות מתוחכמות שינויים בשעות האור ובטמפרטורה, כדי לנבוט, להתרבות או לנדוד בעונה המתאימה ביותר
כשהטמפרטורות עולות, השדות אכן מתמלאים בפרגים, חרציות ופרחים נוספים. עבור צמחים רבים אחרים, האביב הוא המועד לנבוט ולצאת מן האדמה. לא כל הצמחים פורחים באביב דווקא, אבל השילוב של מים זמינים שנשארו מהתקופה הגשומה, טמפרטורות נוחות שלא יפגעו בפרחים העדינים ובנבטים, וההבטחה לימים ארוכים ובהירים שבהם יוכלו לעשות פוטוסינתזה ולצבור אנרגיה עבור הזרעים, הביאה צמחים רבים לבחור בעונה זו.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון:
טורניר הכספות הווירטואלי: התשובות והזוכה
הכול על מדע באפליקציה של מכון דוידסון - להורדה באייפון ובאנדרואיד
בעלי חיים מגיבים גם הם לעונות השנה. רבים מהם ממליטים או מטילים את ביציהם באביב כדי שצאצאיהם יגדלו בתקופה הנוחה יותר של השנה, בה הקור לא יפגע בהם ויהיה להם שפע של אוכל - בזכות הצמחים הרבים הגדלים באביב (או בשביל הטורפים, בזכות בעלי החיים האוכלים את הצמחים האלו). תגובות עונתיות אחרות כוללות בין השאר נדידה, שנת חורף, החלפה של כסות הפרווה מפרוות חורף לפרוות קיץ ועוד.
איך הצמחים יודעים שבא אביב, או באופן כללי יותר, שהגיע הזמן לפרוח?
לצמחים יש שתי דרכים עיקריות לקבוע זאת. הראשונה היא אורך היום: לצמחים הפורחים באביב יש חלבונים הנמצאים בעלה ומגיבים לאור, וכשהיום מתארך מעבר לסף מסוים הם משנים את פעילותם ומתחילים את התהליך המוביל לפריחה. לצמחים הפורחים בסוף הקיץ ובסתיו יש מנגנון דומה שנכנס לפעולה כשהיום הופך קצר יותר מסף מסוים. הדרך השנייה היא "קִיוּט" (vernalization), תהליך בו הצמח פורח רק אחרי שחש כמה שבועות של קור. חשיפה ממושכת כזו לקור גורמת לצמח לייצר פחות מהחלבון שתפקידו למנוע את הפריחה. כשהרמה של אותו חלבון יורדת, תהליך הפריחה יכול להתחיל.
שתי הדרכים האלו אינן פועלות בנפרד, אלא קשורות זו לזו ומשפיעות אחת על השנייה. יש צמחים, למשל, שמתחילים לפרוח כשהיום מתארך – אך רק אם לפני כן חוו כמה שבועות של קור. ללא החשיפה לקור, להתארכות היום לא תהיה השפעה.
תהליך הנביטה מושפע גם הוא מהסביבה, אך היות שהזרע נמצא בתוך האדמה, הוא לא יכול למדוד את אורכו של היום. לכן הגורמים העיקריים המשפיעים על ההחלטה מתי לנבוט הם המים והטמפרטורה. כשהטמפרטורה עולה מעל נקודה מסוימת, השונה מצמח לצמח, הנביטה מתחילה אם האדמה רטובה מספיק. הצמח תודרנית לבנה (Arabidposis thaliana) למשל, שמשמש רבות במחקר, מתחיל לנבוט כשהטמפרטורה עומדת על בין 14 ל-15 מעלות.
לוח שנה פנימי
מה בקשר לבעלי החיים? מחקרים הראו שליונקים ועופות רבים יש מעין "לוח-שנה פנימי", בדומה לשעון הפנימי שעוזר להם לעקוב אחר שעות היממה. גם כאשר מחזיקים בעלי חיים מסוימים בתנאים של אורך יום קבוע וטמפרטורה קבועה, כבשים עדיין ממליטות באביב, מרמיטות מתכוננות לשנת חורף בסתיו, וציפורים נודדות מכינות את עצמן לנדידה בשתי עונות המעבר. לוח שנה פנימי חשוב במיוחד לבעלי חיים שנמצאים, לפחות חלק מהשנה, באזורים משווניים שבהם אין הבדל גדול בין החורף לקיץ: בעזרתו יודעות ציפורים שנדדו לאזור קו המשווה מתי צריך להתחיל בנדידה חזרה.
אותו "לוח-שנה", עם זאת, לא מנותק לחלוטין מהסביבה. אם נעביר את אותם בעלי חיים מאנגליה לאוסטרליה, למשל, והם ייחשפו לעונות הפוכות ממה שהכירו קודם, התזמון הפנימי שלהם יתאים את עצמו לסביבה החדשה והם ישובו במהרה להמליט באביב ולישון בחורף.
הגורם המרכזי שבעזרתו בעלי החיים מעדכנים את לוח השנה הפנימי שלהם הוא מספר שעות האור ביום. הם לא מגיבים רק לאורך של יום יחיד אלא משווים אותו לימים שקדמו לו, כדי לדעת אם הימים מתקצרים או מתארכים. כך, כבשה תהיה מוכנה לרבייה אם תוחזק בתנאים של 13 שעות אור ביום, לאחר שהוחזקה קודם לכן בתנאים של 16 שעות אור ביום. אבל אותן 13 שעות אור יובילו לתוצאה הפוכה אם קדמו להם ימים שבהם היו 10 שעות אור בלבד. גורמים נוספים, כמו טמפרטורה, עשויים גם הם לרמוז לבעלי החיים איזו עונה זו ולהשפיע במידת מה על התנהגויות שונות.
מתבלבלים בספירה
בגוף שלנו, ושל בעלי החיים האחרים, ידועה זה מכבר מערכת שעוקבת אחר שעות היום והלילה: זו המערכת שאחראית לבקרה על השעון הצירקדיאני, של 24 שעות. השעון הזה מודיע לגופנו מתי יום ומתי לילה, וכך מתאם הפרשות של הורמונים שונים ומכתיב מתי נהיה עייפים ומתי נתעורר. זהו שעון פנימי, אך הוא מושפע מחשיפה לאור – לכן כשאנו עוברים לאזור זמן אחר, לאחר תקופה קצרה של ג'ט-לג, אנחנו חוזרים לישון בלילה ולקום בבוקר. תאי עצב רגישים לאור בעיננו מעבירים מידע על שעות האור והחושך לבלוטת האצטרובל (דרך כמה תחנות ביניים), והיא מתחילה או מפסיקה את ייצור ההורמון מלטונין בהתאם למידע זה. המלטונין משפיע על תהליכים רבים בגופינו שקשורים לשעון הצירקדיאני.
"לוח השנה הפנימי" מנצל את אותה מערכת כדי להבין מתי הימים מתקצרים ומתי הם מתארכים. כבשים שבלוטת האצטרובל שלהן לא מתפקדת אינן מסוגלות לעדכן ולהתאים את אותו לוח שנה פנימי, אלא אם כן נותנים להן כמות מתאימה של מלטונין ממקור חיצוני.
לחרקים אין בלוטת אצטרובל, אבל גם הם צריכים לדעת מתי להטיל ביצים, מתי להתגלם ולצאת מהגולם ועוד. גם להם יש שעונים צירקדיאניים ו"לוחות שנה" פנימיים, ונראה שאצל רובם הגורם הסביבתי העיקרי שמשפיע על אותם קוצבי-זמן הוא זה שמשפיע גם על היונקים והציפורים: שעות האור. המנגנון שבעזרתו זה קורה עדיין לא ממש מובן.
גורמים אחרים משפיעים גם הם על התנהגויות מסוימות: לעיתים יש פעולות שצריכות להתבצע רק בתנאים סביבתיים מיוחדים, ולכן אינן יכולות להיות תלויות לחלוטין בלוח השנה הפנימי. כזה הוא למשל מעוף הכלולות של חלק מהנמלים, שמתבצע לא במועד קבוע אלא בימים בהירים, כאשר האדמה חמימה למדי, יום או שניים לאחר שיורד גשם משמעותי.
יש גם מצבים שבהם החרקים אינם יכולים לבדוק כמה שעות אור יש ביום, שכן הם נמצאים מתחת לאדמה או בתוך ענפי עץ. במקרה הקיצוני ביותר, הציקדות המחזוריות מבלות 13 או 17 שנים מתחת לאדמה, ובתום התקופה הארוכה הזו כולן יוצאות החוצה יחדיו. איך הן סופרות כמה שנים עברו? מחקרים הציעו שהן מקבלות את המידע הזה מהעצים שמשורשיהן הן ניזונות: הן סופרות כמה פעמים העץ משיל את עליו או מוציא עלים ופרחים. כאשר חוקרים שינו את שעות האור שאליהם נחשפו העצים וכך גרמו להם לפרוח ולהשיר את עליהם פעמיים בשנה במקום פעם אחת, הציקדות שעל שורשי העצים חשבו שכבר עברו שנתיים, ויצאו מהאדמה מוקדם מדי.
גם בעולם האמתי "טעויות" כאלו עלולות להתרחש. ב-2007 חודש ינואר בסינסינטי שבארצות הברית היה חם במיוחד והעצים התחילו להצמיח עלים חדשים. אבל בפברואר שוב היה קר והעלים נשרו, והעצים החלו ללבלב שוב רק באביב. חלק מהציקדות שגדלו על העצים האלו יצאו אחרי 16 שנים במקום 17, שכן הם "ספרו" את העלים המוקדמים של ינואר כשנה נוספת.
עונות האדם
מה לגבי בני האדם? האם גם אנחנו מושפעים מהתארכות והתקצרות שעות האור או סימנים עונתיים אחרים, ואיך?
בלוטת האצטרובל, ורוב המבנים העצביים והמולקולריים הקשורים לחישת אור ולתגובה אליו, נמצאים גם אצל בני האדם ואצל קרובינו, הקופים וקופי האדם. חלק מהקופים גם מתנהגים באופן שונה לפי עונות השנה, למשל ממליטים רק או בעיקר בעונה מסוימת. עדיין לא ידוע אלו סימנים עונתיים משפיעים על ההתנהגות הזו.
עונתיות מסוימת נראית גם ברביית בני האדם: לא בכל חודש נולדים אותו מספר של תינוקות. במקומות רבים נראית עלייה בכניסה להריון באביב, למשל, אם כי אזורים שונים בעולם מראים דפוס שונה במקצת של עונתיות.
אפשר לחשוב על כמה גורמים שעשויים להוביל לדפוסים האלו: ייתכן, למשל, שהם פשוט משקפים זמינות של מזון, שמשפיע על הסיכוי של נשים לבייץ ולהיכנס להריון. ייתכן גם שלפחות באזורים מסוימים, בני אדם כן פיתחו תגובה למשך שעות האור, בדומה לבעלי חיים אחרים. המחקרים בתחום זה מציגים תוצאות לא עקביות וסותרות לעתים. אחד החוקרים הציע שהדבר נובע אולי מכך שרק אצל אחוז מסוים מבני האדם משך האור משפיע על הפוריות, ואצל אחרים לא.
יש מקומות שבהם ההבדל בילודה בין החודשים גדול במיוחד, ומקומות שבהם כמעט לא נראה הבדל כלל. ההבדל הגדול ביותר תועד בתחילת המאה ה-19, לפני המהפכה התעשייתית במדינות כמו אנגליה וספרד. שבהן בחודשי השיא נולדים 60 אחוז יותר תינוקות מאשר בחודשי השפל. אם חלק מהאנשים מושפעים משעות האור, קל להבין מדוע ההשפעה פחותה באזורים טרופיים, בהם משך היום קבוע למדי לאורך כל השנה. במדינות מתועשות רוב האנשים מבלים את זמנם לאור מנורות חשמל, וייתכן שבשל כך הם כבר לא מראים את אותה עונתיות ברבייה.
מזיזים שעונים
משך האור הוא ככל הנראה הגורם החשוב ביותר בקביעת לוח השנה הפנימי, גם אצל בעלי חיים וגם אצל צמחים (לאחר שלב הזרע). אבל גורמים נוספים, ובעיקר הטמפרטורה של האוויר או הקרקע, עשויים להיות חשובים גם הם. בשנים האחרונות, בעקבות ההתחממות הגלובלית, שעות האור והטמפרטורה כבר אינם מתואמים כפי שהיו קודם, והדבר יוצר בעיות לא מעטות עבור בעלי החיים.
כבר בשנת 2000 דיווחו חוקרים מהרי הרוקי בארצות הברית על כך שאדומי חזה, הנוהגים לנדוד לאזורים הגבוהים עם בוא האביב, מגיעים להרים שבועיים מוקדם יותר משהגיעו בתחילת שנות ה-80. נראה שזמן הנדידה שלהם הושפע מהטמפרטורה, שהחלה לעלות מוקדם מהרגיל. מועד הפשרת השלגים ברוקי דווקא לא הקדים, וכך מצאו את עצמן הציפורים ללא מזון זמין. באותו מאמר דיווחו החוקרים שהמרמיטות של הרי הרוקי מקדימות להקיץ משנת החורף – עד 38 יום לפני המועד שבו נהגו להתעורר. נראה שההתעוררות משנת החורף מושפעת מאוד מהטמפרטורה, אולי מפני שבעל החיים שנמצא במאורה חשוכה לא יכול לכוון את שעונו הפנימי לפי שעות האור.
מאז מצטברים הדיווחים על תופעות שמתרחשות "שלא במועדן", ביניהן עצים המלבלבים ופורחים מוקדם יותר, חרקים – מדבורים ועד שפיריות – המשנים את מועד הבקיעה וההתגלמות, עופות שמהגרים מוקדם יותר ומטילים ביצים מוקדם יותר.
אחת הבעיות עם שינויים אלו היא שלא כל הצמחים ובעלי החיים מגיבים לשינויי האקלים באותו אופן. כך למשל, פרחי דבורנית הקטיפה (Ophrys sphegodes) בבריטניה מושפעים רק במקצת מעליית הטמפרטורה ולא הקדימו בהרבה את פריחתם, אבל הדבורים היחידניות שמאביקות אותם יוצאות לחפש בני זוג מוקדם יותר, וכך משאירות את הפרחים ללא מאביקים. באופן דומה, הקוקיות לא שינו בהרבה את דפוסי הנדידה שלהן, אבל הציפורים שבקנן הקוקיות נוהגות להטיל את ביציהן דווקא הקדימו משמעותית את מועד הנדידה והטלת הביצים, כך שהקוקיות המאחרות נשארות ללא פונדקאים.
במקרים אחרים, הבעיה היא בהתאמה בין בעל החיים לסביבתו שהשתנתה. זה המקרה של ארנבת השלג, המחליפה את פרוותה מפרוות חורף לבנה לפרוות קיץ חומה במועד שנקבע לפי שעות האור. בשנים האחרונות השלג במונטנה, ארצות הברית מפשיר מוקדם יותר, והארנבות נשארות עם פרווה לבנה באמצע שדה חום.
ייתכן מאוד שבסופו של דבר, נראה את כל מה שאנו מזהים עם האביב – פריחה, צמיחה, חרקים מזמזמים, גורים צעירים וגוזלים על העצים – מוקדם יותר משאנו רגילים כיום. אבל זהו רק אחד האתגרים שמציבה ההתחממות הגלובלית בפני בעלי החיים והצמחים, שצריכים להתאים את עצמם לעולם חם יותר. חלקם, למרבה הצער, לא יצליחו לעשות זאת.
בני אדם עוקבים אחר חילופי העונות באלפי השנים האחרונות, וסביר להניח שעשו זאת גם מוקדם הרבה יותר. תרבויות בכל העולם יצרו לוחות שנה, ספרו שבועות וחודשים ופיתחו דרכים לחזות את מועדי העונות, לדעת (בערך) מתי יגיע הגשם ומתי יסתיים החורף. נראה שברחבי עולם החי, יונקים, חרקים ואפילו צמחים עושים דבר דומה מאוד, כך שגם הם יודעים כשבא האביב, ומגיבים בהתאם.
ד"ר יונת אשחר, כתבת באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
לפנייה לכתב/ת 
