Биологические ритмы необходимы для регулирования многих жизненных процессов. В течение годового цикла сезонные ритмы регулируют сроки репродуктивной активности. В наших широтах это относительно простая задача, поскольку заметные годовые изменения в цикле день-ночь (фотопериод) уносят с собой сезонные часы. На экваторе, где в течение года продолжительность светового дня практически не меняется, животные вынуждены полагаться на репродукцию во времени не только на фотопериод, но и на другие сигналы.
Однако для того, чтобы настроить свои циркадные часы, организму нужен определенный цикл свет-темнота, как Zeitgeber. В отсутствие подходящего Zeitgeber животные бегают свободно, что означает, что они развивают свой собственный ритм, который может существенно отличаться от 24-часового дня.
Самостоятельные циклы наблюдались у животных и людей. Полярные регионы представляют собой экстремальные условия в этом отношении, поскольку в период летнего и зимнего солнцестояния бывает либо постоянный свет, либо постоянная темнота.
Следовательно, животным, живущим в этих суровых условиях, возможно, придется полагаться на другие сигналы, чтобы настроить свои внутренние часы. Эти сигналы относительно сложно определить.
Попытка идентифицировать такие сигналы была предпринята группой исследователей из Института орнитологии Макса Планка в Зеевизене и Радольфцелле. Они исследовали четыре вида птиц, обитающих на Аляске; три вида куликов: полулепестковый кулик, грудной кулик, красный фалароп и один вид певчих птиц, лапландский длинношпор. Примечательно, что все четыре вида имеют разные системы спаривания. В то время как полупалматный кулик строго моногамен, лапландский длинный шпор, в дополнение к своему моногамному образу жизни, иногда демонстрирует полигамию, когда один самец спаривается с несколькими самками.
Полижиния — это правило в системе спаривания грудного кулика, в то время как красный фаларопа — полиандро, то есть одна самка одновременно спаривается с несколькими самцами. Более того, у последнего вида половые роли противоположны. Место исследования представляло собой тундру площадью всего два квадратных километра недалеко от Барроу на севере Аляски.
Всего исследователи оснастили радиотелеметрическими передатчиками 142 птицы и определили их суточную активность с помощью так называемых актограмм.При анализе данных об активности исследователи обнаружили целый ряд биологических ритмов. Лапландский длинный шпор продемонстрировал устойчивый 24-часовой цикл активности в течение сезона размножения и показал регулярный, но короткий период отдыха с полуночи до 4:00 утра.
Однако у куликов, в зависимости от пола и стадии размножения, был либо устойчивый 24-часовой ритм, либо непрерывная активность и «свободные» циркадные ритмы. Но почему в одной и той же среде обитания такие разные модели активности? Объяснение можно найти при более внимательном рассмотрении «образа жизни» исследованных видов.
Хотя все эти виды мигрируют и придерживаются обычного режима свет-темнота в местах зимовки и остановки, во время короткого сезона размножения арктического лета им приходится справляться с экстремальными условиями окружающей среды. Доступность пищи может быть основным фактором в соблюдении 24-часового цикла, характерного для лапландского длиннохвостого шпора, и у ухаживающих полов двух полигамных видов во время инкубации. Это отражает более высокую посещаемость гнезд в ночное время, поскольку наблюдаются заметные дневные колебания температуры грунта, при этом «ночи» очень холодные.
Кроме того, ночью насекомые отсутствуют, и необходима непрерывная инкубация, чтобы яйца не остыли. Напротив, самцы грудных куликов активны практически непрерывно.
Это интенсивное бодрствование окупается, поскольку в более раннем исследовании было показано, что самые активные самцы дают наибольшее потомство. У моногамного полупалматного кулика, находящегося под опекой двух родителей, есть свидетельства социальной синхронизации, поскольку оба партнера по размножению демонстрировали одинаковую "свободную" активность в течение инкубационного периода.
Наше сравнительное исследование показало, что циркадная система птиц может быть захвачена экологическими, а также социальными факторами в течение короткого периода арктического лета, что свидетельствует о замечательной пластичности, говорит Барт Кемпенаерс, руководитель исследовательской группы.