Regulační mechanismy: co to je a jak zajišťují fungování těla

Živé bytosti, zvířata i rostliny, jsou otevřené systémy, které získávají živiny a plyny z prostředí a kontinuálně vylučují odpadní látky v našem prostředí. Co pro nás jsou výkaly, pro jiné mikroorganismy a bezobratlé jsou šťavnaté látky, jejichž součástí se stává jejich tkáně (organická hmota), což umožňuje pokračování uhlíkového cyklu v trofických řetězcích ekosystémy.

Být otevřeným systémem je pro přežití nezbytné: energie není ani vytvořena, ani zničena, pouze je transformuje (podle zákona o zachování energie), a proto je musíme získat z prostředí neustále. To však má také několik negativních bodů, protože ve středu neustále odvádíme teplo, na kterém jsme závislí naše prostředí pro všechny naše biologické úkoly a my můžeme onemocnět a zemřít jako přímý důsledek toho, co se děje v našem životní prostředí.

Chcete-li dát pořádek do měnícího se chaosu, kterým je prostředí, naše těla představují řadu biologických a / nebo fyziologických regulačních mechanismů udržovat stabilní vnitřní stav, kompenzovat změny, které mohou nastat v prostředí. Uvidíme, jak se mají.

• Související článek: „10 oborů biologie: jejich cíle a vlastnosti“

Co je regulační mechanismus?

V biologii mechanismus je systém s částmi, které kauzálně interagují a vytvářejí procesy, které mají jeden nebo více vlivů na životní prostředí, ať už vnitřní, vnější nebo obojí. Jedním z mechanismů může být proces, který vede k potu člověka v horkém okamžiku (fyziologie), ale přirozený výběr nebo genetický drift jsou také považovány za mechanismy, i když v tomto případě a evoluční.

Ve světě regulačních mechanismů není nic černého nebo bílého biologické entity jsou extrémně složité bytosti (multikomponenciální), jejichž systémy jsou v nepřetržité interakci a zpětné vazbě. Kromě své rozmanitosti lze v základních mechanismech živé bytosti rozlišovat tři velké úrovně:

• Genetické mechanismy: nejnižší v hierarchii. Fungování genů a jejich exprese je zásadní, ale odpovídají bazálnímu substrátu jakéhokoli systému.
• Mechanismy buněčného fungování: dalším mechanismem je ten, který se týká buňky, a tedy orgánů a tkání těla.
• Nervové a endokrinní mechanismy: jsou to nejpokročilejší regulační mechanismy v evolučním měřítku.

Všechny živé bytosti mají genetické mechanismy, protože podle definice musí mít buňka genom, aby se při příštích příležitostech mohla replikovat (i když je to jen jeden chromozom, jako u bakterií). Na druhou stranu musí každá živá bytost představovat alespoň jeden buněčný regulační mechanismus od základní jednotky života je buňka, i když tvoří celý organismus (jako je tomu u bakterií a archea).

Jak si dokážete představit vrchol fyziologických regulačních mechanismů (žlázy a neurony, které jsou součástí endokrinní a nervový systém) je omezena na nejvíce evoluční zvířata komplex, protože jsme obratlovci, i když jiné živé bytosti mají také své vlastní nervové a endokrinní váhy.

V tomto bodě je třeba poznamenat, že regulační obvody mohou představovat dva systémy zpětné vazby (zpětné vazby): pozitivní a negativní. V následujících řádcích stručně vysvětlíme, z čeho se skládají.

1. Negativní zpětná vazba

Tentokrát, regulační mechanismus se snaží udržet parametr X pod kontrolou ve velmi specifickém spektru, vždy blízko hodnoty X0, což je maximální optimum v konkrétním prostředí. Hodnoty parametru X jsou shromažďovány z prostředí nebo vnitřního prostředí prostřednictvím informačních kanálů (jako jsou termoreceptory a další nervové skupiny) a informace se dostanou do středu mechanismu, který bude nejlepším způsobem generovat reakce založené na prostředí možný.

2. Pozitivní zpětná vazba

V tomto případě se věci změní. Cílem mechanismů regulace pozitivní zpětné vazby je dosáhnout maximálního bodu účinnosti parametru X, odchýleného od hodnoty X0, po dosažení určitých podmínek.

I když se pohybujeme v poměrně složitých pojmech, je rozdíl mezi negativní a pozitivní zpětnou vazbou velmi snadno pochopitelný: v prvním případě Systém reaguje na směr opačný k signálu, to znamená, že má tendenci „stabilizovat“ výstup systému tak, aby zůstal v dobrém stavu. konstantní. Na druhou stranu v pozitivní zpětné vazbě účinky nebo výstupy systému způsobují kumulativní účinky na vstupu. V druhém případě jde o systém, který ze své podstaty představuje nestabilní rovnovážný bod.

• Mohlo by vás zajímat: „12 systémů lidského těla (a jak fungují)“

Příklady regulačních mechanismů

Přestěhovali jsme se mezi docela éterickými pojmy, takže bude užitečné trochu ukázat, co je to regulační mechanismus z fyziologického hlediska. Řekněme například, že chceme pochopit, jak se u lidí potí. Jít na to.

Nejprve je třeba poznamenat, že pocení je regulační mechanismus modulovaný sympatickým nervovým systémem, který je zodpovědný za mnoho nedobrovolných funkcí u lidí. Náš hypotalamus obsahuje neurony v přední a preoptické oblasti specializované na zaznamenávání změn vnitřní teploty a aktivity mozkové kůry. Proto, když přijde informace, že existuje nadměrné teplo (ať už vnitřní nebo vnější), hypotalamus vysílá signál přes cholinergní vlákna do ekrinních žláz v celé kůži tak, aby vylučovat pot.

Pot vychází póry, které spojují ekrinní žlázy s kůží. Protože tekutiny potřebují k odpařování teplo (koneckonců, teplo je energie), „chytají“ tato nadměrná teplota povrchu těla, která způsobí, že se náš obecný systém stane ochladit. Odpařováním potu se odvádí 27% tělesného tepla, takže není divu, že se tento mechanismus aktivuje v případě jakýchkoli fyzikálních a / nebo environmentálních změn..

V tomto případě jsme na teoretické úrovni před mechanismem regulace negativní zpětné vazby. Zájem organismu je udržovat tělesnou teplotu (parametr X) ve vhodném rozmezí co nejblíže ideálu, který je mezi 36 a 37 stupni. V tomto systému funkční komplex nepřímo reaguje na vnější podněty.

Pokud se dostaneme k filozofii můžeme si také představit přirozený výběr nebo genetický drift jako regulační mechanismy z evolučního hlediska. Přirozený výběr vyvíjí tlak na otevřený systém, kterým je populace, vybírá geny, které jsou dlouhodobě nejpřínosnější, a přehlíží ty nejméně adaptivní.

Například zvíře ptačího druhu, které se narodí (mutací de novo) s delším zobákem větší než ostatní, mohl by mít větší zařízení k lovu hmyzu mezi štěkotem stromy. Jelikož tato živá bytost má oproti ostatním výhodu, bude se moci více živit, bude více růst, a proto bude silnější, pokud jde o soutěžení se zbytkem mužů o reprodukci. Pokud je vlastnost „velkého zobáku“ dědičná, lze očekávat, že potomci tohoto zvířete budou životaschopnější než ostatní.

Po generace by tedy v populaci rostla vlastnost „velkého vrcholu“, protože jednoduše ti, kteří ji prezentují, žijí déle a mají více příležitostí k reprodukci. Přirozený výběr v tomto případě funguje jako jasný evoluční regulační mechanismus, protože podíl genů v populaci se liší v závislosti na podmínkách prostředí.

• Mohlo by vás zajímat: „Teorie biologické evoluce: co to je a co vysvětluje“

Životopis

Jak jste možná viděli, regulační mechanismy ve světě biologie jdou daleko za hranice termoregulace nebo spotřeby energie. Od vyjádření genů po vývoj druhů lze vše shrnout do pozitivní nebo negativní zpětné vazby, která se snaží dosáhnout maximálního bodu účinnostiv jednom či druhém bodě. Na konci je cílem dosáhnout maximální vnitřní rovnováhy všemi možnými způsoby, vždy s přihlédnutím k environmentálním omezením.

Bibliografické odkazy:

• Bechtel, W. (2011). Mechanismus a biologické vysvětlení. Filozofie vědy, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., & McLauchlan, K. NA. (1996). Mechanismus volných radikálů pro účinky elektromagnetických polí prostředí na biologické systémy. International journal of radiační biologie, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. NA. (2020). Přirozený výběr ve volné přírodě. (MPB-21), svazek 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M., & Bossert, W. H. (1970). Životní historické důsledky přirozeného výběru. Americký přírodovědec, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinovské populace a přirozený výběr. Oxford University Press.
• Hastings, J. W., & Sweeney, B. M. (1957). O mechanismu teplotní nezávislosti v biologických hodinách. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 43 (9), 804.
• Lednev, V. PROTI. (1991). Možný mechanismus pro vliv slabých magnetických polí na biologické systémy. Bioelectromagnetics, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr., E. G. (1970). Přirozený výběr a proměnlivost. Americký přírodovědec, 104 (937), 301-305.
• Persson, B. N. J. (2003). O mechanismu adheze v biologických systémech. The Journal of Chemical Physics, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. P. (2008). Hyperhidróza: lékařská a chirurgická léčba. Eplasty, 8.