Summary
The hypothesis is advanced that the regular seasonal changes of the phase relationship between circadian activity rhythms and the natural light-dark cycle can be explained on the basis of special mechanisms of synchronization. In part 1.1, all the endogenous and exogenous factors are discussed which theoretically may influence the phase. From these considerations, it is concluded that it is mainly the ligh-dark ratio and the duration of twilight that determine the phase. Experimental evidence is presented in Part 1.2. In part 2, field observations on onset and end of activity of birds are re-analyzed. These data, as well as data from laboratory records of activity (3), support the hypothesis. They all show maximal leading phases in mid-summer for diurnal species, and in mid-winter for a nocturnal species; minimal leading phases occur at the equinox. A few exceptions from this rule, mentioned in part 4, raise the question to what extent the results can be generalized. The paper also discusses the uniform seasonal changes of the duration of activity-time.
Zusammenfassung
Es wird die Hypothese vertreten, daß die regelhaften jahreszeitlichen Änderungen der Phasenbeziehung zwischen Aktivitätsrhythmik und natürlichem Licht-Dunkel-Wechsel auf der Grundlage spezieller Synchronisations-mechanismen erklärt werden können. Im Teil 1.1 werden die endogenen und exogenen Faktoren besprochen, die theoretisch die Phase zu beeinflussen vermögen. Die Überlegungen führen zu dem Schluß, daß das Licht-Dunkel-Verhältnis und die Dauer der Dämmerung im wesentlichen die Phase bestimmen. Experimentelle Belege sind in Teil 1.2 enthalten. In Teil 2 werden Freilandbeobachtungen über Beginn und Ende der Aktivität von Vögeln neu ausgewertet. Diese Ergebnisse, wie auch Meßwerte der Aktivität von Tieren in Innenräumen (Teil 3), stützen die Hypothese. Sie zeigen alle maximal voreilende Phasen im Mittsommer bei tagaktiven Arten bzw. im Mittwinter bei einer nachtaktiven Art. Einige, in Teil 4 erwähnte Ausnahmen von dieser Regel, werfen die Frage auf, in welchem Ausmaß die Ergebnisse verallgemeinert werden dürfen. In der Arbeit werden auch die einheitlichen jahreszeitlichen Änderungen der Aktivitätszeit erörtert.
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Literatur
Andreasson, S., and K. Müller: Persistence of the dial activity phase shift in Cottus poccilopus Heckel (pisces) after transfer from 66° to 55° northern latitude. Oikos 20, 171–174 (1969).
Aschoff, J.: Exogenous and endogenous components in circadian rhythms. Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. 25, 11–28 (1960).
Aschoff, J.: Spontane lokomotorische Aktivität. In: Handbuch der Zoologie, Bd. VIII, Teil 1, S. 1–76. Berlin: W. de Gruyter u. Co. 1962.
—: Comparative physiology: Diurnal rhythms. Ann. Rev. 25, 581–600 (1963).
—: Die Tagesperiodik licht-und dunkelaktiver Tiere. Rev. suisse zool. 71, 528–558 (1964).
—: Biologische Periodik als selbsterregte Schwingung. Arbeitsgemeinschaft f. Forschung d. Landes Nordrhein-Westfalen 138, 51–79 (1964).
—: Response curves in circadian periodicity. In: Circadian clocks, p. 95–111. Amsterdam: North-Holland Publ. Co. 1965.
—: The phase-angle difference in circadian periodicity. In: Circadian clocks, p. 262–276. Amsterdam: North-Holland Publ. Co. 1965.
Aschoff, J.: Circadian rhythms in birds. Proc. XIV. Int. Ornithol. Congr., p. 81–105 (1967).
Aschoff, J., E. Gwinner, A. Kureck, and K. Müller: Diurnal rhythms of chaffinches (Fringilla coelebs L.), Tupaias (Tupaia glis L.) and hamsters (Mesocricetus auratus L.) at the arctic circle. Oikos (im Druck).
Aschoff, J., u. D. v. Holst: Schlafplatzflüge der Dohlen (Coloeus monedula L.). Proc. XII. Int. Ornithol. Congr., p. 55–70 (1960).
— K. Klotter, and R. Wever: Circadian vocabulary. In: Circadian clocks, p. X-XIX. Amsterdam: North-Holland Publ. Co. 1965.
—, u. R. Wever: Beginn und Ende der täglichen Aktivität freilebender Vögel. J. Ornithologie 103, 1–27 (1962).
——: Circadian rhythms of finches in light-dark cycles with interposed twilights. Comp. Biochem. Physiol. 16, 507–514 (1965).
——: Circadian period and phase-angle difference in chaffinches (Fringilla coelebs L.). Comp. Biochem. Physiol. 18, 397–404 (1965).
Blume, D.: Die Jahresperiodik von Aktivitätsbeginn und-ende bei einigen Spechtarten. (I. u. II. Teil.) Vogelwelt 84, 161–184 (1963); 85, 11–18 (1964).
—: Ergänzende Mitteilungen zu Aktivitätsbeginn und-ende bei einigen Spechtarten unter besonderer Berücksichtigung des Grauspechtes (Picus canus). Vogelwelt 86, 33–42 (1965).
Corti, V. A.: Über Tagesaktivität und Jahresrhythmus im Leben der Kohlmeise (Parus major L.). Ann. Ornith. Ges. Bayerns 7, 681–686 (1966).
Corti, V. A.: Briefliche Mitteilungen.
Dancker, P.: Mehrjährige Beobachtungen zur Tages-und Jahresperiodik von Finkenvögeln. Diss. Nat. Freiburg (1964).
Engelmann, W.: Effect of light and dark pulses on the emergence rhythms of Drosophila pseudo-obscura. Experientia (Basel) 22, 606 (1966).
Erkinaro, E.: The seasonal changes of the activity of Microtus agrestis. Oikos 12, 157–163 (1961).
Franz, J.: Jahres-und Tagesrhythmus einiger Vögel in Nordfinnland. Z. Tierpsychol. 6, 309–329 (1949).
Gwinner, E.: Entrainment of a circadian rhythm in birds by species-specific song cycles (Aves, Fringillidae: Carduelis spinus, Serinus serinus). Experientia (Basel) 22, 765 (1966).
—: Circannuale Periodik als Grundlage des jahreszeitlichen Funktionswandels bei Zugvögeln. Untersuchungen am Fitis (Phylloscopus trochilus) und am Waldlaubsänger (P. sibilatrix). J. Ornithol. 109, 70–95 (1968).
Hoffmann, K.: Zur Beziehung zwischen Phasenlage und Spontanfrequenz bei der endogenen Tagesperiodik. Z. Naturforsch. 186, 154–157 (1963).
—: Overt circadian frequencies and circadian rule. In: Circadian clocks, p. 87–94. Amsterdam: North-Holland Publ. Co. 1965.
—: Kritik des Erlinger Modells. Nachr. Akad. Wiss. Göttingen 10, 132–133 (1967).
—: Zum Einfluß der Zeitgeberstärke auf die Phasenlage der synchronisierten circadianen Periodik. Z. vergl. Physiol. 62, 93–110 (1969).
Hoffmann, K.: Die relative Wirksamkeit von Zeitgebern. Oecologia (im Druck).
Hoffmann, K.: Zum Tagesrhythmus der Brutablösung beim Kaptäubchen (Oena capensis L.) und bei anderen Taubenarten. J. Ornithol. (in Vorbereitung).
Jones, R. E.: The specific distinctness of the greater and lesser prairie chickens. Auk 81, 65–73 (1964).
Klockars, B.: Studier över fågelsångens dagsrytmik. Ornis fenn. 18, 73–110 (1941).
Miller, R. C.: Morning and evening song of robins in different latitudes. Condor 60, 105–107 (1958).
Mori, S.: Daily singing rhythms in birds. Forsch.-Ber. Physiol. Morph. Zool. Inst. Kyoto Nr 20 (1945).
Müller, K.: Untersuchungen zur Tagesperiodik von Wasserorganismen am Polarkreis. Umschau 69, 18–19 (1969).
—: Jahreszeitlicher Wechsel der 24-Stunden-Periodik bei der Bachforelle (Salmo trutta L.) am Polarkreis. Oikos 20, 166–170 (1969).
Naik, R. M., and A. Razack: Studies on the house swift, Apus affinis (G. E. Gray). 7. Seasonal changes in daily activity rhythm. Pavo 5, 57–74 (1967).
Palmgren, P.: Studien über die Tagesrhythmik gekäfigter Vögel. Z. Tierpsychol. 6, 44–86 (1949).
Pittendrigh, C. S., and D. H. Minis: The entrainment of circadian oscillations by light and their role as photoperiodic clocks. Amer. Naturalist 98, 261–294 (1964).
Pohl, H.: Wirkung der Temperatur auf die mit Licht synchronisierte Aktivitätsperiodik bei Warmblütern. Z. vergl. Physiol. 58, 381–394 (1968).
Rensing, L., u. W. Brunken: Zur Frage der Allgemeingültigkeit circadianer Gesetzmäßigkeiten. Biol. Zbl. 86, 545–565 (1967).
Scheer, G.: Über den Frühgesang der Vögel. Verh. ornithol. Ges. Bayern 22, 137–160 (1940).
Schwan, A.: Vogelgesang und Wetter, physikalisch-biologisch untersucht. Pflügers Arch. ges. Physiol. 180, 341–347 (1920).
Wallgren, H.: Zur Biologie der Goldammer, Emberiza citrinella L. Acta Soc. Faun. Flor. fenn. 71, Nr. 4 (1956).
Wever, R.: Zum Mechanismus der biologischen 24-Stunden-Periodik. Kybernetik 1, 139–154 (1962).
—: Zum Mechanismus der biologischen 24-Stundenperiodik. II. Mitt. Der Einfluß des Gleichwertes auf die Eigenschaften selbsterregter Schwingungen. Kybernetik 1, 213–231 (1963).
—: Zum Mechanismus der biologischen 24-Stunden-Periodik. III. Mitt. Anwendung der Modellgleichung. Kybernetik 2, 127–144 (1964).
Wever, R.: Ein mathematisches Modell für biologische Schwingungen. Z. Tierpsychol. 21, 359–372 (1964).
—: Das Schwingungsgesetz der biologischen Tagesperiodik. Umschau 66, 462–469 (1966).
—: Ein mathematisches Modell für die circadiane Periodik. Z. angew. Math. Mech. 46, 148–157 (1966).
—: Zum Einfluß der Dämmerung auf die circadiane Periodik. Z. vergl. Physiol. 55, 255–277 (1967).
Wright, H.: Morning awakening and evening song. Auk 30, 512–537 (1913).
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Herrn Prof. Dr. Erwin Stresemann zum 80. Geburtstag gewidmet.
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Aschoff, J. Phasenlage der Tagesperiodik in Abhängigkeit von Jahreszeit und Breitengrad. Oecologia 3, 125–165 (1969). https://doi.org/10.1007/BF00416979
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