الآليات التنظيمية: ما هي وكيف تجعل الجسم يعمل

الكائنات الحية ، الحيوانات والنباتات على حد سواء ، هي أنظمة مفتوحة تحصل على العناصر الغذائية والغازات من البيئة وتفرز النفايات في بيئتنا بشكل مستمر. بالنسبة لنا البراز ، بالنسبة للكائنات الحية الدقيقة واللافقاريات الأخرى هي مواد عصارية تصبح جزءًا من أنسجتها (المواد العضوية) ، مما يسمح باستمرار دورة الكربون داخل السلاسل الغذائية لـ النظم البيئية.

إن كونك نظامًا مفتوحًا ضروري للبقاء: الطاقة لا تُخلق ولا تُدمر ، إنها فقط يتحول (وفقًا لقانون الحفاظ على الطاقة) ، وبالتالي ، يجب أن نحصل عليه من البيئة باستمرار. ومع ذلك ، فإن لهذا أيضًا العديد من النقاط السلبية ، نظرًا لأننا نتبدد الحرارة باستمرار في المنتصف ، فإننا نعتمد عليها بيئتنا لجميع مهامنا البيولوجية ويمكن أن نمرض ونموت كنتيجة مباشرة لما يحدث في حياتنا بيئة.

لوضع بعض النظام في الفوضى المتغيرة التي هي البيئة ، تقدم أجسامنا سلسلة من الآليات التنظيمية البيولوجية و / أو الفسيولوجية للحفاظ على حالة داخلية مستقرة ، والتعويض عن التغيرات التي قد تحدث في البيئة. دعونا نرى كيف هم.

• مقالات لها صلة: "الفروع العشرة لعلم الأحياء: أهدافها وخصائصها"

ما هي الآلية التنظيمية؟

في علم الأحياء ، آلية نظام به أجزاء تتفاعل سببيًا ، مما يؤدي إلى عمليات لها تأثير واحد أو أكثر على البيئة ، سواء كانت داخلية أو خارجية أو كليهما. يمكن أن تكون إحدى الآليات هي العملية التي تؤدي إلى عرق الإنسان في لحظة حارة (علم وظائف الأعضاء) ، لكن الانتقاء الطبيعي أو الانجراف الجيني يعتبران أيضًا آليات ، على الرغم من طبيعته في هذه الحالة تطوري.

في عالم الآليات التنظيمية ، لا يوجد شيء أسود أو أبيض ، منذ ذلك الحين الكيانات البيولوجية كائنات معقدة للغاية (متعددة المكونات) ، وأنظمتها في تفاعل مستمر وردود الفعل. بالإضافة إلى تنوعها ، يمكن تمييز ثلاثة مستويات كبيرة في الآليات الأساسية للكائن الحي:

• الآليات الجينية: الأدنى في التسلسل الهرمي. يعد عمل الجينات وتعبيرها أمرًا ضروريًا ، لكنها تتوافق مع الركيزة الأساسية لأي نظام.
• آليات العمل الخلوي: الآلية التالية هي التي تتعلق بالخلية ، وبالتالي بأعضاء وأنسجة الجسم.
• الآليات العصبية والغدد الصماء: إنها أكثر الآليات التنظيمية تقدمًا على المستوى التطوري.

تمتلك جميع الكائنات الحية آليات وراثية ، لأنه بحكم التعريف ، يجب أن يكون للخلية جينوم لتتكاثر ذاتيًا في المناسبات المستقبلية (حتى لو كان كروموسومًا واحدًا فقط ، كما هو الحال في البكتيريا). من ناحية أخرى ، يجب أن يقدم كل كيان حي آلية تنظيم خلوية واحدة على الأقل ، منذ الوحدة الأساسية الحياة هي الخلية ، على الرغم من أنها تشكل الكائن الحي بأكمله (كما هو الحال مع البكتيريا والعتائق).

كما يمكنك أن تتخيل ذروة الآليات التنظيمية الفسيولوجية (الغدد والخلايا العصبية ، والتي هي جزء من الغدد الصماء والجهاز العصبي ، على التوالي) يقتصر على الحيوانات الأكثر تطورًا مركب، لأننا فقاريات ، على الرغم من أن الكائنات الحية الأخرى لها أيضًا قشورها العصبية والغدد الصماء.

في هذه المرحلة ، تجدر الإشارة إلى أن الدوائر التنظيمية يمكن أن تقدم نظامين للتغذية المرتدة (التغذية المرتدة): إيجابي وسلبي. نوضح ما تتكون منه بإيجاز في الأسطر التالية.

1. ردود فعل سلبية

هذا الوقت، تسعى آلية التنظيم إلى إبقاء المعلمة X تحت السيطرة في طيف محدد للغاية ، قريبًا دائمًا من القيمة X0، وهو الحد الأقصى الأمثل في بيئة معينة. يتم جمع قيم المعلمة X من البيئة أو البيئة الداخلية من خلال قنوات المعلومات (مثل المستقبلات الحرارية وغيرها المجموعات العصبية) ويتم إحضار المعلومات إلى مركز الآلية ، والتي ستولد استجابات بناءً على البيئة بأفضل طريقة ممكن.

2. ردود الفعل الإيجابية

في هذه الحالة تتغير الأشياء. الهدف من آليات تنظيم ردود الفعل الإيجابية هو الوصول إلى أقصى نقطة لفعالية المعلمة X ، انحرافًا عن القيمة X0 ، بمجرد الوصول إلى شروط معينة.

على الرغم من أننا نتحرك في مفاهيم معقدة للغاية ، إلا أنه من السهل جدًا فهم الفرق بين التعليقات السلبية والإيجابية: في الحالة الأولى ، يستجيب النظام لاتجاه معاكس للإشارة ، أي أنه يميل إلى "تثبيت" خرج النظام بحيث يظل في حالة جيدة. ثابت. من ناحية أخرى ، في ردود الفعل الإيجابية ، تتسبب تأثيرات أو مخرجات النظام في تأثيرات تراكمية على المدخلات. في الحالة الأخيرة ، هو نظام يقدم ، بحكم التعريف ، نقطة توازن غير مستقرة.

• قد تكون مهتمًا بـ: "أنظمة جسم الإنسان الاثني عشر (وكيف تعمل)"

أمثلة على الآليات التنظيمية

لقد انتقلنا بين مفاهيم أثيرية تمامًا ، لذلك سيكون من المفيد توضيح ماهية الآلية التنظيمية من وجهة نظر فسيولوجية. لنفترض ، على سبيل المثال ، أننا نريد أن نفهم كيف يحدث التعرق عند البشر. أذهب خلفها.

بادئ ذي بدء ، تجدر الإشارة إلى أن التعرق هو آلية تنظيمية يتم تعديلها بواسطة الجهاز العصبي الودي ، وهو المسؤول عن العديد من الوظائف اللاإرادية لدى البشر. لنا الغدة النخامية يحتوي على الخلايا العصبية في المنطقة الأمامية وما قبل الجراحة المتخصصة في تسجيل التغيرات في درجة الحرارة الداخلية وفي نشاط القشرة الدماغية. لذلك ، عندما تصل المعلومات إلى وجود زيادة في الحرارة (سواء كانت داخلية أو خارجية) ، فإن يرسل ما تحت المهاد الإشارة من خلال الألياف الكولينية إلى الغدد المفرزة في جميع أنحاء الجلد بحيث العرق المفرز.

يخرج العرق من خلال المسام التي تربط الغدد المفرزة بالجلد. بما أن السوائل تحتاج إلى حرارة لتبخر (بعد كل شيء ، الحرارة هي طاقة) ، فإنها "تلتقط" هذه درجة حرارة سطح الجسم الزائدة ، مما يجعل نظامنا العام يصبح ترطيب. من خلال تبخر العرق ، يتم تبديد 27٪ من حرارة الجسم ، لذلك ليس من المستغرب أن يتم تفعيل هذه الآلية في حالة حدوث أي تغير فيزيائي و / أو بيئي..

في هذه الحالة ، نحن في المستوى النظري أمام آلية تنظيم ردود الفعل السلبية. ينصب اهتمام الكائن الحي على الحفاظ على درجة حرارة الجسم (المعلمة X) في نطاق مناسب أقرب ما يمكن إلى النموذج المثالي ، والذي يتراوح بين 36 و 37 درجة. في هذا النظام ، يستجيب المركب الوظيفي عكسياً للمحفزات الخارجية.

إذا أصبحنا فلسفيًا يمكننا أيضًا تصور الانتقاء الطبيعي أو الانجراف الجيني كآليات تنظيمية من وجهة نظر تطورية. يمارس الانتقاء الطبيعي ضغطًا على النظام المفتوح الذي هو مجتمع ، واختيار الجينات الأكثر فائدة على المدى الطويل وتجاهل الجينات الأقل تكيفًا.

على سبيل المثال ، حيوان من نوع طائر يولد (عن طريق طفرة دي نوفو) بمنقار أطول أكبر من البقية ، يمكن أن يكون لديها وسيلة أكبر لاصطياد الحشرات بين لحاء الأشجار. نظرًا لأن هذا الكائن الحي يتمتع بميزة على البقية ، فسيكون قادرًا على إطعام المزيد ، وسوف ينمو أكثر ، وبالتالي ، سيكون أقوى عند التنافس مع بقية الذكور على التكاثر. إذا كانت سمة "المنقار الكبير" قابلة للتوريث ، فمن المتوقع أن نسل هذا الحيوان سيكون أكثر قابلية للحياة من البقية.

وبالتالي ، على مر الأجيال ، ستزداد سمة "الذروة الكبيرة" في عدد السكان ، لأن أولئك الذين يقدمونها يعيشون لفترة أطول ولديهم المزيد من الفرص للتكاثر. يعمل الانتقاء الطبيعي كآلية تنظيم تطورية واضحة في هذه الحالة ، حيث تختلف نسبة الجينات في مجموعة سكانية وفقًا لما تفرضه البيئة.

• قد تكون مهتمًا بـ: "نظرية التطور البيولوجي: ما هي وماذا تفسر"

سيرة ذاتية

كما قد تكون قد رأيت ، فإن الآليات التنظيمية في عالم الأحياء تذهب إلى ما هو أبعد من التنظيم الحراري أو استهلاك الطاقة. من التعبير عن الجينات إلى تطور الأنواع ، يمكن تلخيص كل شيء في ردود فعل إيجابية أو سلبية تسعى للوصول إلى أقصى نقطة من الفعالية، في وقت أو آخر. في النهاية ، الهدف هو تحقيق أقصى قدر من التوازن الداخلي بكل طريقة ممكنة ، مع مراعاة القيود البيئية دائمًا.

المراجع الببليوغرافية:

• بكتل ، و. (2011). الآلية والتفسير البيولوجي. فلسفة العلم ، 78 (4) ، 533-557.
• Brocklehurst، B.، & McLauchlan، K. ل. (1996). آلية الجذور الحرة لتأثير المجالات الكهرومغناطيسية البيئية على النظم البيولوجية. المجلة الدولية لبيولوجيا الإشعاع، 69 (1) ، 3-24.
• إندلر ، ج. ل. (2020). الانتقاء الطبيعي في البرية. (MPB-21) ، المجلد 21. مطبعة جامعة برينستون.
• جادجيل ، م ، وبوسرت ، و. ح. (1970). عواقب الحياة التاريخية للانتقاء الطبيعي. الطبيعة الأمريكية ، 104 (935) ، 1-24.
• غودفري سميث ، ب. (2009). التجمعات الداروينية والانتقاء الطبيعي. مطبعة جامعة أكسفورد.
• هاستنجز ، ج. دبليو ، وسويني ، ب. م. (1957). حول آلية استقلال درجة الحرارة في الساعة البيولوجية. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية ، 43 (9) ، 804.
• ليدنيف ، ف. الخامس. (1991). الآلية المحتملة لتأثير المجالات المغناطيسية الضعيفة على الأنظمة البيولوجية. الكهرومغناطيسية الحيوية ، 12 (2) ، 71-75.
• لي جونيور ، إ. ج. (1970). الانتقاء الطبيعي والتحول. الطبيعة الأمريكية ، 104 (937) ، 301-305.
• بيرسون ، ب. ن. ج. (2003). حول آلية الالتصاق في النظم البيولوجية. مجلة الفيزياء الكيميائية، 118 (16) ، 7614-7621.
• ستولمان ، ل. ص. (2008). فرط التعرق: العلاج الطبي والجراحي. Eplasty ، 8.