Регулаторни механизми: какви са те и как карат тялото да работи

Живите същества, както животните, така и растенията, са отворени системи, които получават хранителни вещества и газове от околната среда и непрекъснато отделят отпадъчни вещества в нашата среда. Това, което за нас са изпражнения, за други микроорганизми и безгръбначни са сочни вещества, които стават част от техните тъкани (органични вещества), като по този начин позволява продължаване на въглеродния цикъл в рамките на трофичните вериги на екосистеми.

Да бъдеш отворена система е необходимо за оцеляването: енергията нито се създава, нито се унищожава, а само трансформира (съгласно закона за запазване на енергията) и следователно трябва да го получим от околната среда непрекъснато. Това обаче има и няколко отрицателни точки, тъй като постоянно разсейваме топлината в средата, от която разчитаме нашата среда за всички наши биологични задачи и ние можем да се разболеем и да умрем като пряка последица от това, което се случва в нашите околен свят.

За да сложим ред в променящия се хаос, който е околната среда,

нашите тела представят поредица от биологични и / или физиологични регулаторни механизми за поддържане на стабилно вътрешно състояние, компенсиращо промените, които могат да настъпят в околната среда. Да видим как са.

• Свързана статия: „10-те клона на биологията: техните цели и характеристики“

Какво представлява регулаторният механизъм?

В биологията един механизъм е е система с части, които взаимодействат причинно, пораждайки процеси, които имат едно или повече въздействия върху околната среда, било то вътрешни, външни или и двете. Един механизъм може да бъде процесът, който води до потта на човека в горещ момент (физиология), но естественият подбор или генетичният дрейф също се считат за механизми, макар и в този случай от естество еволюционен.

Оттогава в света на регулаторните механизми нищо не е черно или бяло биологичните единици са изключително сложни същества (многокомпонентни), чиито системи са в непрекъснато взаимодействие и обратна връзка. Освен неговото разнообразие, в основните механизми на живо същество могат да се разграничат три велики нива:

• Генетични механизми: най-нисък в йерархията. Функционирането на гените и тяхната експресия е от съществено значение, но те съответстват на основния субстрат на всяка система.
• Механизми на клетъчното функциониране: следващият механизъм е този, който се отнася до клетката и следователно до органите и тъканите на тялото.
• Нервни и ендокринни механизми: те са най-съвременните регулаторни механизми в еволюционната скала.

Всички живи същества имат генетични механизми, тъй като по дефиниция клетката трябва да има геном, за да се самовъзпроизвежда при бъдещи случаи (дори ако това е само една хромозома, както при бактериите). От друга страна, всяко живо същество трябва да има поне един клетъчен механизъм за регулиране, тъй като основната единица на живота е клетката, въпреки че тя изгражда целия организъм (какъвто е случаят с бактериите и археите).

Както можете да си представите върхът на физиологичните регулаторни механизми (жлези и неврони, които са част от ендокринната и нервната системи, съответно) е ограничена до най-еволюционните животни комплекс, тъй като ние сме гръбначни, въпреки че други живи същества също имат свои собствени нервни и ендокринни везни.

На този етап трябва да се отбележи, че регулаторните вериги могат да представят две системи за обратна връзка (обратни връзки): положителна и отрицателна. Обясняваме от какво се състоят накратко в следващите редове.

1. Негативно мнение

Този път, механизмът за регулиране се стреми да поддържа параметър X под контрол в много специфичен спектър, винаги близо до стойността X0, което е максималният оптимум в конкретна среда. Стойностите на параметъра X се събират от околната среда или вътрешната среда чрез информационни канали (като терморецептори и други нервни групи) и информацията се извежда в центъра на механизма, който ще генерира отговори въз основа на околната среда по най-добрия начин възможен.

2. Положителна обратна връзка

В този случай нещата се променят. Целта на механизмите за регулиране на положителната обратна връзка е достигне максималната точка на ефективност на параметър X, отклонена от стойността X0, след като бъдат достигнати определени условия.

Въпреки че се движим в доста сложни концепции, разликата между отрицателна и положителна обратна връзка е много лесна за разбиране: в първия случай системата реагира на посока, противоположна на сигнала, т.е. има тенденция да "стабилизира" изхода на системата, така че да остане в добро състояние. постоянна. От друга страна, при положителна обратна връзка ефектите или резултатите на системата предизвикват кумулативни ефекти на входа. В последния случай това е система, която по дефиниция представлява нестабилна точка на равновесие.

• Може да се интересувате от: „12-те системи на човешкото тяло (и как работят)“

Примери за регулаторни механизми

Преместихме се между доста ефирни понятия, така че ще бъде полезно да илюстрираме малко какво представлява регулаторният механизъм от физиологична гледна точка. Да кажем например, че искаме да разберем как се появява изпотяването при хората. Направи го.

На първо място, трябва да се отбележи, че изпотяването е регулаторен механизъм, модулиран от симпатиковата нервна система, който е отговорен за много неволеви функции при хората. Нашите хипоталамус той съдържа неврони в предната и преоптичната област, специализирани за регистриране на промените във вътрешната температура и в дейността на мозъчната кора. Следователно, когато пристигне информацията, че има излишък на топлина (била тя вътрешна или външна), хипоталамусът изпраща сигнала чрез холинергични влакна към еккринните жлези по кожата, така че отделят пот.

Потта излиза през порите, които свързват еккринните жлези с кожата. Тъй като течностите се нуждаят от топлина, за да се изпарят (в края на краищата топлината е енергия), те "хващат" тази излишна температура на телесната повърхност, която кара нашата обща система да се превърне успокой се. Чрез изпаряването на потта 27% от телесната топлина се разсейва, така че не е изненадващо, че този механизъм се активира в случай на някакви физически и / или промени в околната среда..

В този случай сме на теоретично ниво пред механизма за регулиране на отрицателната обратна връзка. Интересът на организма е да поддържа телесната температура (параметър X) в подходящ диапазон, максимално близък до идеалния, който е между 36 и 37 градуса. В тази система функционалният комплекс реагира обратно на външни стимули.

Ако станем философски ние също можем да си представим естествения подбор или генетичния дрейф като регулаторни механизми от еволюционна гледна точка. Естественият подбор упражнява натиск върху отворената система, която е популация, като избира гените, които са най-полезни в дългосрочен план и пренебрегва най-малко адаптивните.

Например животно от птичи вид, което се ражда (чрез мутация de novo) с по-дълъг клюн по-голям от останалите, той може да има по-голямо съоръжение за лов на насекоми сред корите на дървета. Тъй като това живо същество има предимство пред останалите, то ще може да се храни повече, ще расте повече и следователно ще бъде по-силно, когато става въпрос за съревнование с останалите мъже за размножаване. Ако характеристиката на „големия клюн“ е наследствена, може да се очаква, че потомството на това животно ще бъде по-жизнеспособно от останалите.

По този начин, през поколенията, характеристиката на „големия връх“ ще се увеличи в популацията, тъй като просто тези, които я представят, живеят по-дълго и имат повече възможности за размножаване. Естественият подбор действа като ясен механизъм за еволюционно регулиране в този случай, тъй като делът на гените в популацията варира в зависимост от налагането на околната среда.

• Може да се интересувате от: "Теорията за биологичната еволюция: какво е и какво обяснява"

Продължи

Както може би сте виждали, регулаторните механизми в света на биологията далеч надхвърлят терморегулацията или консумацията на енергия. От експресията на гени до еволюцията на видовете, всичко може да бъде обобщено в положителна или отрицателна обратна връзка, която се стреми да достигне максимална точка на ефективност, в един или друг момент. В крайна сметка целта е да се постигне максимален вътрешен баланс по всякакъв възможен начин, като винаги се вземат предвид екологичните ограничения.

Библиографски справки:

• Бехтел, У. (2011). Механизъм и биологично обяснение. Философия на науката, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., & McLauchlan, K. ДА СЕ. (1996). Механизъм на свободните радикали за въздействието на електромагнитните полета на околната среда върху биологичните системи. Международно списание за радиационна биология, 69 (1), 3-24.
• Ендлер, Дж. ДА СЕ. (2020). Естествен отбор в дивата природа. (MPB-21), том 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M., & Bossert, W. H. (1970). Житейски исторически последици от естествения подбор. Американският натуралист, 104 (935), 1-24.
• Годфри-Смит, П. (2009). Дарвинови популации и естествен подбор. Oxford University Press.
• Хейстингс, Дж. W., & Sweeney, B. М. (1957). Относно механизма на температурната независимост в биологичния часовник. Известия на Националната академия на науките на Съединените американски щати, 43 (9), 804.
• Леднев, В. V. (1991). Възможен механизъм за влияние на слабите магнитни полета върху биологичните системи. Биоелектромагнетика, 12 (2), 71-75.
• Лий младши, Е. G. (1970). Естествен подбор и променливост. Американският натуралист, 104 (937), 301-305.
• Персон, Б. Н. J. (2003). Относно механизма на адхезия в биологичните системи. Вестник на химическата физика, 118 (16), 7614-7621.
• Столман, Л. П. (2008). Хиперхидроза: медицинско и хирургично лечение. Епластика, 8.