Biologische Uhren und jahreszeitliche Reaktionen

Das Blühen der meisten Pflanzen ist synchronisiert mit saisonalen Wechseln, was den Pflanzen ermöglicht, während optimaler Bedingungen zu keimen. Wie fühlen Pflanzen die Zeit und saisonalen Wechsel? Interne Zeitmesser genannt biologische Uhren fühlen umweltbedingte Variationen, wie beispielsweise sich verändernde Lichtniveaus. Biologische Uhren erlauben es den Pflanzen, regelmäßig dem zirkadianen Rhythmus, täglichen, und 24-Stunden-Verhaltenszyklen zu folgen. Pflanzen verwenden auch biologische Uhren, um auf saisonale Wechsel zu reagieren. Einer der Mechanismen, durch den Pflanzen auf die sich abwechselnden Jahreszeiten reagieren, ist das Phytochromsystem. Phytochrome sind lichtempfindliche Rezeptoren. Einer ihrer vielen Funktionen bei Pflanzen ist die sich abwechselnden Jahreszeiten zu ermitteln. Phytochrome tun dies, indem sie die Länge des Tages oder Fotoperiode messen. Die Fähigkeit von Phytochromen, den Fotoperiodismus und biologische Reaktionen auf die Fotoperiode zu regulieren, hängt von ihrem vom Licht stimulierten Übergang zwischen zwei untereinander konvertierbaren Formen ab – der inaktiven Pr und der aktiven Pfr. Phytochrome werden im Dunkeln synthetisiert, in ihrer inaktiven Pr-Form, innerhalb des Pflanzenzytoplasmas. Während des Tages absorbiert Pr rotes Licht vom Sonnenlicht und konvertiert es schnell in seine biologisch aktive Pfr-Form. Pfr kann zytoplasmische Moleküle aktivieren, oder den Nukleus umlagern und Genexpression regulieren. Bei Nacht verringern sich die Pfr-Niveaus in den Pflanzenzellen aufgrund der langsamen Umkehrung von Pfr zu Pr bei Dunkelheit oder der Zerstörung der Pfr durch Enzyme. Während der langen Nächte im Winter können die Niveaus von Pfr in Pflanzenzellen bei Sonnenaufgang vollständig absinken. Wenn die Nächte kürzer sind, wie dies während des Frühlings der Fall ist, kann eine erhebliche Menge von Pfr bei Sonnenaufgang zurückbleiben. Das Verhältnis von Pr zu Pfr bei Dämmerung ermöglicht den Pflanzen die Länge des Tag-Nacht-Zyklus zu bestimmen. Da die Pfr-Niveaus mit der jeweiligen Jahreszeit fluktuieren, können höhere Niveaus von Pfr Pflanzen aktivieren, die während einer Jahreszeit mit langen Tagen blühen, während niedrige Niveaus von Pfr notwendig sind, um Pflanzen zu aktivieren, die während der kurzen Tage blühen. Interaktionen zwischen dem Phytochromsystem und der biologischen Uhr ermöglichen den Pflanzen, die relative Länge der Nächte und Tage über das Jahr zu messen und ihre Aktivitäten mit den Jahreszeiten zu synchronisieren.