دور الضوء في تكاثر الدواجن The role of light in reproduction

المقدمة:

يؤثر الضوء تأثيرا مباشرا على إنتاج البيض فقد وجد أن تعدد وتسلسل ساعات الإضاءة يؤثر على التناسل في الطيور ولقد لوحظ أن إنتاج البيض ينخفض بل يكاد أن ينعدم في الطيور البرية خلال فصل الشتاء ويزداد الإنتاج خلال فصل الربيع والصيف وقد تم ربط ذلك بطول عدد ساعات الإضاءة صيفا ولقد تم استغلال ذلك تجاريا في تربية الطيور على نطاق تجاري بوضع العديد من برامج الإضاءة التي تهدف لاستمرار الإنتاج خلال شهور الشتاء.

ويأتي تأثير الضوء على التناسل عن طريق المستقبلات الضوئية الموجودة في غدة تحت المهاد التي تحول الطاقة الضوئية إلى إشارات عصبية تؤثر على جهاز الغدد الصماء في جسم الدجاجة التي بالتالي تؤثر وتتحكم في النشاط الوظيفي ونمو وتطور المبيض وقناة البيض والخصيتين.

لوحظ ارتباط موسم تزاوج الطيور البرية بطول ساعات الإضاءة اليومية وهناك العديد من الدراسات على تأثير عدد ساعات الإضاءة على التناسل في الطيور. وقد تم استغلال هذه الدراسات في تربية وإنتاج الطيور على نطاق تجاري ووضعت العديد من البرامج التي تتحكم في طول ساعات الإضاءة وتسلسل ساعات الإضاءة والإظلام واختيار أفضل النظم التي تجعل الطيور تستمر في الإنتاج خلال شهور الشتاء ذو النهار القصير وبالتالي يستمر الإنتاج طوال العام لتحقيق أقصى ربح ممكن.

إدراك الضوء:

تتم الرؤية عن طريق المستقبلات الضوئية الموجودة في عين الطائر والتي تقوم بتحويل فوتونات الضوء إلى إشارات بيولوجية تتحول بواسطة الأعصاب إلى إشارات عصبية التي تنتقل عن طريق الأعصاب إلى المخ حيث تترجم هذه الإشارات إلى صور.

تأثير الضوء على التناسل:

يتم ذلك عن طريق المستقبلات الضوئية الموجودة في منطقة الهيبوثلامس (غدة تحت المهاد) التي تقوم بتحويل طاقة الفوتونات إلى إشارات عصبية تكون محصلتها تعديل درجة نشاط جهاز الغدد الصماء لكي تتحكم وتسيطر على النشاط الوظيفي للغدد الجنسية (المبيض والخصيتين) وبالتالي مختلف النواحي التناسلية والسلوك الجنسي إلى جانب الصفات الجنسية الثانوية.

وللمستقبلات الضوئية في منطقة الهيبوثلامس القدرة على تحويل الطاقة الموجودة في الفوتون إلى إشارات كيميائية. وتحتوي شبكية العين على مادة الرودوبسين Rhodopsin (الأرجوان البصري) وهذه المادة هي التي تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة عصبية بتوليد سلسلة من الاستجابات داخل الخلايا تبلغ ذروتها ومنتهاها في شكل نبضات عصبية إلى المخ.

التأثيرات الهرمونية للتنبيه الضوئي Endocrine effects of photo stimulation:

بصرف النظر عن الطبيعة الدقيقة للمستقبلات الضوئية في منطقة الهيبوثالامس على وجه التحديد، فإن تشبيهها بواسطة ساعات النهار الطويلة يتحول إلى إشارات هرمونية في غضون ساعات قليلة.

ففي السمان الياباني يزداد تركيز كل من هرمون التبويض LH والهرمون المنبه لنمو الحويصلات FSH في بلازما الدم خلال ساعات ليل أول يوم طويل للنهار مما يشير إلى أن المعلومات التي حصلت عليها المستقبلات الضوئية بالهيبوثالامس تم توصيلها إلى نيورنات هذه المنطقة مؤدية إلى إنتاج الهرمون المطلق للهرمونات الجنسية GnRH وتوصيلة للهيبوثالامس، وبالتالي فإن إدراك الضوء أو الإحساس به يحدث فورية وفي الحال. وعلى الرغم من أنه قد تمر عدة أسابيع بين بداية تطبيق برنامج التنبيه الضوئي من خلال تزايد ساعات النهار وحتى ظهور التأثير على كل من إنتاج البيض أو إنتاج الحيوانات المنوية إلا أن سلسلة التأثيرات الفسيولوجية المؤدية إلى ذلك تبدأ منذ تطبيق اليوم ذو النهار الطويل.

الطول الحرج للنهار Critical day length:

من المهم أن نعرف علاقة طول النهار بمعدل إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية ومن ثم علاقته بتطور ونمو الغدد الجنسية. وعلى الرغم من وضوح هذه العلاقة وثبوتها في معظم أجناس الطيور البرية غير المستأنسة فإن المعلومات المتوافرة على الأجناس المستأنسة وهي الطيور الداجنة غالبيتها إن لم تكن كلها تتعلق بالتجارب التي أجريت على الدجاج والسمان. ففي التجارب التي أجريت على السمان الياباني وجد أن معدل نمو الخصيتين وإفراز الهرمون المنشط لها يتناسب مع طول فترة الإضاءة من 11٫5 - 13 ساعة. وبالمثل تحدث زيادة متناسبة في تركيز هرمون التبويض LH في بلازما دم الإناث عند تغيير برنامج الإضاءة اليومية من 8 ساعات إضاءة : 16 ساعة إظلام إلى برنامج 10.5 ساعة إضاءة : 13.5 ساعة إظلام أو 12.75 ساعة إضاءة : 11.25 ساعة إظلام. كذلك أمكن الحصول على استجابة تدريجية للضوء إذا ما تم استحداث النهار الطويل عن طريق برنامج الإضاءة المتقطع intermittent lighting regime وذلك بتعريض الطيور لومضات إضاءة قصيرة لمدة 10 ثوان أو دقيقة واحدة أو عشر دقائق دورية لكل ساعة خلال الساعات الثمانية الأولى التي تلي فترة الإضاءة الأساسية في البرنامج الأصلي أي خلال أول ۸ ساعات إظلام. وتحت هذه الظروف وجد أن الزيادة في تركيز هرمون التبويض LH تتناسب مع طول فترات الإضاءة المتقطعة الإضافية التي تعرضت لها الطيور. وتوضح هذه النتائج أيضا شدة الحساسية في الطيور للتنبيه الضوئي حيث كان تعريضها للضوء لمدة عشر ثواني فقط في الساعة خلال فترة الإظلام كافية لرفع تركيز هرمون التبويض LH في البلازما. وبالإضافة إلى ذلك فإن مدى استجابة هرمون التبويض LH بالبلازما لفترات الإضاءة المتقطعة كان متناسبا أيضا مع ما سببه من زيادة في معدل إنتاج البيض.

ويتم التأثير العصبي الهرموني على التناسل في الطيور من خلال المستقبلات الضوئية في منطقة الهيبوثالامس hypothalamic photoreceptor حيث يتم تحويل الضوء من إشارات إليكترومغناطيسية إلى رسالة هرمونية نتيجة تأثيرها على النيورونات في منطقة الهيبوثالامس hypothalamic neurons والتي تقوم بإفراز الهرمون المحفز لنشاط الغدد الجنسية GnRH في الجهاز ألبابي لمنطقة الهيبوثالامس ويصل عن هذا الطريق إلى الغدة النخامية محفزا إياها لإنتاج هرموني FSH و LH وإفرازها في الدم. وينتقل هذان الهرمونان حتى يصلا إلى المبيض وهناك يرتبطان عن طريق مستقبلات خاصة موجودة على خلايا الثيكا والجرانيولوزا في حويصلات المبيض التي تنشط فتنتج الصغيرة منها هرمونات الإستروجين والبروجسترون بينما تنتج أكبر الحويصلات التي أوشكت على التبويض هرمون البروجسترون. أما في حالة الذكور فإن هرموني FSH و LH ينبهان إنتاج الحيوانات المنوية وعدة أندرو جينات منها التستوستيرون.

الإيقاع اليومي والإحساس بالضوء Circadian rhythms and light perception:

أوضح العلماء أن استجابة الطيور للضوء دورية وأن هناك فترة خلال اليوم تكون فيها الطيور حساسة للإضاءة وأن هذه الفترة تتكرر بصفة دورية. ويطلق على هذه الفترة خلال اليوم والتي تكون فيها الطيور حساسة للتنبيه الضوئي مرحلة أو طور الحساسية للضوء photosensitive phase. وعلى الرغم من هذا الاستنتاج لم يتم إثباته أو تفسيره تشريحيا.

وبصفة عامة فإن الآراء تجمع على أن أي برنامج إضاءة يجب أن ينقل للطائر إشارتين أساسيتين:

أولا: يجب أن يعطى للطائر إشارة الفجر (ساعة الصفر) والتي على أساسها يضبط الطائر ساعته اليومية circadian clock على الصفر وتبدأ بعد ذلك هذه الساعة الداخلية للطائر بحساب الزمن المنقضي منذ هذا الحين (ظهور الفجر أو بدء الإضاءة) وحتى مرور حوالي ۱۱ ساعة وعندها تعطى الساعة البيولوجية الداخلية الإشارة كي يبدأ طور الحساسية للضوء.

ثانيا: يتم نقل الإشارة الثانية خلال فترة الحساسية للضوء عندما يتم تسجيل التعرض بواسطة المستقبلات الضوئية الموجودة في الهيبوثالامس وعندئذ تبدأ سلسلة تحول الفوتونات إلى إشارات عصبية تظهر نتيجتها النهائية في صورة إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية.

شدة الإضاءة وأثرها على إدراك الطيور وإحساسها بالفترات الضوئية

Light intensity and perception of photoperiodism

إن حساسية الطيور لشدة الإضاءة مسألة نسبية وليست مطلقة. ولقد أوضحت الدراسات الحديثة أن النسبة بين شدة الإضاءة الصناعية المستخدمة نهارا وشدتها أثناء الليل من مصادرها الطبيعية وهي القمر والنجوم وخاصة في المباني المفتوحة، تحدد مقدرة الدجاج والسمان على تمييز الليل عن النهار. ولا توجد حتى الآن دراسات مكثفة حول الحد الأدنى للنسبة بين شدة الإضاءة أثناء الجزء المضيء photoperiod من برنامج الإضاءة photoschedule والتي يمكن للطيور أن تدرك من خلالها تعاقب الليل والنهار، إلا أن العلماء يرجحون أن شدة الإضاءة خلال ساعات النهار (الجزء المضيء من اليوم) يجب أن تكون عشرة أضعاف مثيلتها خلال ساعات الليل (الجزء المظلم من اليوم) حتى تستطيع أن تحس وتدرك الفرق بين الشدتين وبالتالي يمكنها تمييز الليل عن النهار.

وفي التجارب التي تم فيها قياس شدة الإضاءة خلال فترات النهار ظهر أن معدل إنتاج البيض كان في تناسب طردي مع شدة الإضاءة بين 0.2-5 لوكس Lux. بينما لم يكن كذلك عندما زادت الشدة عن 5 لوكس وفي ظروف مماثلة لوحظ أن شدة الإضاءة قدرها 0.4 لوكس لم يمكن تميزها عن الظلام.

وإذا كانت هذه النتائج تشير إلى أن الحد الأدنى لشدة الإضاءة اللازم توافرها هوه لوكس فإنها أيضا توضح أن النسبة بين شدتي الإضاءة نهارا وليلا اللازم توافرها لكي تستطيع الطيور إدراك تعاقب الليل والنهار وبالتالي حدوث أكبر درجة من الاستجابة لبرنامج الإضاءة المطبق هي 10 : 1.

جدول يبين إنتاج البيض وعلاقته بشدة الإضاءة في العنابر وعند مستوى المعالف.

وتشير الدراسات إلى أن الطيور تستخدم المعلومات المشتقة عن شدة الإضاءة لكي تعدل من معدل إنتاجها للبيض، ولكن في غياب المعلومات الدقيقة المؤكدة يظل الدور المحدد لشدة الإضاءة في الإحساس ببرامج الفترات الضوئية غير واضح.

وإذا كانت شدة الإضاءة النسبية هي المستخدمة في التمييز بين فترات الإضاءة وفترات الإظلام فإنه يبقى الأمر غامضة عن كيفية إدراك الدجاج والرومي للتوليفات الخليط بين الإضاءة الطبيعية المزودة بالإضاءة الصناعية حيث نجد أن ضوء الشمس تبلغ شدته عدة مئات المرات قدر شدة الضوء الصناعي الإضافي والذي تبلغ شدته أيضا حوالي عشرة أضعاف شدة الليل الطبيعي بعد إطفاء الأنوار.

وبناء على المعلومات التجريبية التي تجمعت لرواد صناعة الدواجن الذين طبقوا نظم الإضاءة الشتوية لزيادة طول فترة النهار الطبيعي من سبتمبر إلى مارس بغية زيادة إنتاج البيض في المساكن المفتوحة والمغلقة ذات النوافذ، فإن هناك أدلة كافية على أن الدجاجات تفسر ساعات الإضاءة الإضافية الخافتة والضعيفة نسبيا على أنها امتداد للنهار الطبيعي ذو الشدة العالية جدا، ولذلك فمن المحتمل أن يكون هذا الضوء الخافت نسبيا كافية لتزويد الطائر بالمعلومات المناسبة والمتعلقة بأحداث التناقض الضوئي الذي يتيح للطائر تمييز الليل عن النهار.

وفي النهاية فإنه ما زالت هناك حاجة إلى مزيد من المعلومات الدقيقة حول مواصفات النسبة المثلى بين شدة الضوء الساطع إلى شدة الضوء الخافت الواجب توافرها في برامج الإضاءة الإضافية لكي تزود الطيور بالإشارات الكافية لتشبيهها ضوئيا خاصة تلك الطيور التي تتلقى مزيدا من الإضاءة الطبيعية والصناعية، ولعل هذه النقطة بالذات تعتبر ذات أهمية تطبيقية كبرى للمنتجين في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية حيث نظام الإسكان السائد هو المساكن المفتوحة.

عدم الاستجابة الضوئية Photo refractoriness:

مع مرور الوقت يحدث أن يبدأ تحول طاقة الفوتون إلى إشارات عصبية في الانخفاض وبالتالي لا يستطيع الطائر الحفاظ على أعلى مستوى من إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية، وتبدأ فترة يطلق عليها فترة عدم الاستجابة الضوئية photo refractoriness. أي فشل الطيور في الحفاظ على مستوى إفرازها من الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية تحت ظروف النهار الطويل.

وفي معظم أنواع الدجاج المستأنس وخاصة تلك المنتخبة لإنتاج البيض العالي تظهر عدم الاستجابة الضوئية في صورة انخفاض تدريجي في معدل الإنتاج والتي تحدث خلال الفترة من 12-15 شهر الأولى للإنتاج. ومع انخفاض معدل وضع البيض فإن الفص الأمامي للغدة النخامية تقل مقدرته على إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية استجابة للإشارات الواردة له في صورة الهرمون المطلق أو المحرر للهرمونات الجنسية GnRH، ولفترة عرضية يقل إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية ويضمحل المبيض خلال أسابيع قليلة. وتنتشر هذه الظاهرة بصورة أكبر في الرومي وكما تلاحظ كثيرة أيضا في أمهات بداري التسمين.

والدجاجات التي تدخل في طور عدم الاستجابة الضوئية لا يمكن تنبيهها ضوئية مرة ثانية قبل أن يتم تعريضها لنظام إضاءة ذو نهار قصير لمدة 10-12 أسبوع.

وعمليا فإن زوال هذا الطور يتم عن طريق القلش الإجباري حيث يعمل كل من التعريض لأيام النهار القصير واستعادة الجهاز التناسلي لحالة العادية، مع فقد واستعادة الغطاء الريشي وفقد الوزن خلال القلش الإجباري، كل هذه الأحداث يبدو أنها تجعل الهيبوثالامس قادرة على تحويل الإشارات الفترضوئية بمعدل أعلى.

الفتر- ضوئية والنضج الجنسي: Photoperiodism and sexual maturation

على الرغم من أن النشاط الجنسي للطيور يمكن تنشيطه أو إعاقته عن طريق برامج الإضاءة، إلا أن النضج الجنسي سوف لا يحدث حتما حتى ولو تم تربية الطيور منذ لحظة الفقس في ظل الظلام الدامس.

وتحت ظروف النهار القصير (8 ساعة ضوء: 16 ساعة ظلام) نجد أن معظم الدجاجات سوف تبدأ في وضع البيض عند بلوغ نحو 24 أسبوع، ومع هذا فإنه من الممكن التبكير عن ذلك ليكون 22 أسبوع بتعريض الطيور لجرعة منشطة من الفترات الضوئية يوميا أي بزيادة فترة الضوء يوميا.

ويعتبر الحث الذاتي الطبيعي للنشاط الجنسي محصلة تغيرات في علاقة الاسترجاع السلبي negative feedback control لتحكم الهرمونات الجنسية في إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية. ففي الذكور تزداد كمية الهرمون الذكري التستوستيرون اللازمة لتثبيط إفراز الهرمون المنشط للغدد الجنسية LH مع زيادة عمر الطيور، وبالتالي فإن تركيز هرمون التبويض LH يزداد مع قرب حلول النضج الجنسي. أما في الإناث فإن تركيز هرمون التبويض LH يتناقض مع بداية إنتاج البيض لأن علاقة الاسترجاع السلبي لتحكم الإستروجين في إفراز هرمون LH تتولد عندما تبدأ حويصلات المبيض الصغيرة في إفراز هذه الهرمونات الإستيرودية.

ومن الثابت أن حث النضج الجنسي عن طريق التنبيه الضوئي ما هو إلا نتاج التنبيه المباشر للمستقبلات الضوئية في منطقة الهيبوثالامس والتي تنقل إشاراتها إلى الخلايا العصبية المفرزة لعوامل تحفيز إفراز الهرمونات المنشطة للغدد الجنسية (GnRH) والموجودة أيضا في الهيبوثالامس، وتكون المحصلة النهائية هي زيادة تركيز كل من هرموني FSH و LH في البلازما.