Reguleringsmekanismer: hvad de er, og hvordan de får kroppen til at fungere

Levende væsener, både dyr og planter, er åbne systemer, der kontinuerligt modtager næringsstoffer og gasser fra miljøet og udskiller affaldsstoffer i vores miljø. Hvad for os er afføring, for andre mikroorganismer og hvirvelløse dyr er saftige stoffer, der bliver en del af deres væv (organisk stof), hvilket muliggør fortsættelse af kulstofcyklussen inden i trofiske kæder af økosystemer.

At være et åbent system er nødvendigt for at overleve: energi er hverken skabt eller ødelagt, det er kun transformerer (i henhold til energibesparelsesloven) og derfor skal vi få det fra miljøet løbende. Dette har dog også flere negative punkter, da vi konstant spreder varmen i midten, vi er afhængige af vores miljø til alle vores biologiske opgaver, og vi kan blive syge og dø som en direkte konsekvens af, hvad der sker i vores miljø.

At sætte orden i det skiftende kaos, der er miljøet, vores kroppe præsenterer en række biologiske og / eller fysiologiske reguleringsmekanismer for at opretholde en stabil intern tilstand, der kompenserer for ændringer, der kan forekomme i miljøet. Lad os se, hvordan de er.

• Relateret artikel: "De 10 grene af biologi: deres mål og karakteristika"

Hvad er en reguleringsmekanisme?

I biologi er en mekanisme er et system med dele, der interagerer kausalt, hvilket giver anledning til processer, der har en eller flere effekter på miljøet, det være sig internt, eksternt eller begge dele. Én mekanisme kan være den proces, der fører til menneskets sved i et varmt øjeblik (fysiologi), men naturlig selektion eller genetisk drift betragtes også som mekanismer, skønt i dette tilfælde af en art evolutionær.

I en verden af ​​reguleringsmekanismer er intet sort eller hvidt siden Biologiske enheder er ekstremt komplekse væsener (multikomponentielle), hvis systemer er i kontinuerlig interaktion og feedback. Ud over dets mangfoldighed kan der skelnes mellem tre store niveauer i de levende mekanismer for et levende væsen:

• Genetiske mekanismer: lavest i hierarkiet. Genernes funktion og deres ekspression er vigtig, men de svarer til basissubstratet i ethvert system.
• Mekanismer for cellulær funktion: den næste mekanisme er den, der vedrører cellen, og derfor kroppens organer og væv.
• Nerve- og endokrine mekanismer: de er de mest avancerede reguleringsmekanismer på evolutionær skala.

Alle levende væsener har genetiske mekanismer, fordi en celle pr. Definition skal have et genom til selvreplikation ved fremtidige lejligheder (selvom det kun er et kromosom, som i bakterier). På den anden side skal enhver levende enhed præsentere mindst en cellulær reguleringsmekanisme, siden basisenheden af livet er cellen, skønt den udgør hele organismen (som det er tilfældet med bakterier og arkæer).

Som du kan forestille dig toppen af ​​fysiologiske reguleringsmekanismer (kirtler og neuroner, som er en del af endokrine og nervesystem, henholdsvis) er begrænset til de mest evolutionære dyr kompleks, da vi er hvirveldyr, selvom andre levende væsener også har deres egne nervøse og endokrine skalaer.

På dette tidspunkt skal det bemærkes, at regulerende kredsløb kan præsentere to feedback-systemer (feedback): positive og negative. Vi forklarer, hvad de består af på en kort måde i de følgende linjer.

1. Negativ feedback

Denne gang, reguleringsmekanismen søger at holde en parameter X under kontrol i et meget specifikt spektrum, altid tæt på værdien X0, hvilket er det maksimale optimale i et specifikt miljø. Værdierne for parameteren X indsamles fra miljøet eller det interne miljø gennem informationskanaler (såsom termoreceptorer og andre nervegrupper), og informationen bringes til centrum af mekanismen, som vil generere svar baseret på miljøet på den bedste måde muligt.

2. Positiv feedback

I dette tilfælde ændrer ting sig. Formålet med positive feedback-reguleringsmekanismer er når det maksimale effektivitetspunkt for parameter X, afviget fra værdien X0, når visse betingelser er nået.

Selvom vi bevæger os i ganske komplekse begreber, er forskellen mellem en negativ og en positiv feedback meget let at forstå: i det første tilfælde er systemet reagerer på en retning modsat signalet, det vil sige, at det har en tendens til at "stabilisere" systemets output, så det forbliver i god stand. konstant. På den anden side forårsager effekter eller output fra et system i positiv feedback kumulative effekter ved input. I sidstnævnte tilfælde er det et system, der pr. Definition præsenterer et ustabilt ligevægtspunkt.

• Du kan være interesseret i: "De 12 systemer i den menneskelige krop (og hvordan de fungerer)"

Eksempler på reguleringsmekanismer

Vi har bevæget os mellem ganske æteriske begreber, så det vil være nyttigt at eksemplificere lidt, hvad en reguleringsmekanisme er fra et fysiologisk synspunkt. Lad os for eksempel sige, at vi ønsker at forstå, hvordan sved forekommer hos mennesker. Gå efter det.

Først og fremmest skal det bemærkes, at svedtendens er en reguleringsmekanisme moduleret af det sympatiske nervesystem, som er ansvarlig for mange ufrivillige funktioner hos mennesker. Vores hypothalamus den indeholder neuroner i det forreste og præoptiske område, der er specialiseret i registrering af ændringer i indre temperatur og i hjernebarkens aktivitet. Derfor, når oplysningerne ankommer om, at der er et overskud af varme (det være sig internt eller eksternt), hypothalamus sender signalet gennem kolinerge fibre til de ekskrine kirtler i hele huden, således at udskiller sved.

Sved kommer ud gennem porerne, der forbinder de ekskrine kirtler med huden. Da væsker har brug for varme for at fordampe (når alt kommer til alt er varme energi), "fanger" de denne overskydende kropsoverfladetemperatur, som får vores generelle system til at blive køl ned. Gennem fordampningen af ​​sved spredes 27% af kropsvarmen, så det er ikke overraskende, at denne mekanisme aktiveres i tilfælde af fysisk og / eller miljømæssig variation..

I dette tilfælde er vi på et teoretisk niveau foran en negativ feedback reguleringsmekanisme. Organismens interesse er at opretholde kropstemperaturen (parameter X) i et passende område så tæt som muligt på idealet, som er mellem 36 og 37 grader. I dette system reagerer det funktionelle kompleks omvendt på eksterne stimuli.

Hvis vi bliver filosofiske vi kan også forestille os naturlig selektion eller genetisk drift som reguleringsmekanismer set fra et evolutionært synspunkt. Naturlig selektion udøver pres på det åbne system, der er en population, og vælger de gener, der er mest gavnlige på lang sigt, og ser bort fra de mindst adaptive.

For eksempel et dyr af en fugleart, der er født (ved en de novo-mutation) med et længere næb større end resten, kunne det have en større mulighed for at jage insekter blandt bjefferne på træer. Da dette levende væsen har en fordel i forhold til resten, vil det være i stand til at fodre mere, det vil vokse mere, og derfor vil det være stærkere, når man konkurrerer med de andre mænd om at reproducere. Hvis det "store næb" -træk er arveligt, kan det forventes, at afkom fra dette dyr vil være mere levedygtigt end resten.

I løbet af generationerne ville den "store top" -egenskab stige i befolkningen, da simpelthen dem, der præsenterer den, lever længere og har flere muligheder for at reproducere. Naturlig udvælgelse fungerer som en klar evolutionær reguleringsmekanisme i dette tilfælde, da andelen af ​​gener i en befolkning varierer afhængigt af miljøets pålæg.

• Du kan være interesseret i: "Teorien om biologisk evolution: hvad den er, og hvad den forklarer"

Genoptag

Som du måske har set, går reguleringsmekanismer i biologiens verden langt ud over termoregulering eller energiforbrug. Fra ekspression af gener til artens udvikling kan alt sammenfattes i en positiv eller negativ feedback, der søger at nå et maksimalt effektivitetspunktpå et eller andet tidspunkt. I sidste ende er målet at opnå den maksimale interne balance på enhver mulig måde, altid under hensyntagen til miljømæssige begrænsninger.

Bibliografiske referencer:

• Bechtel, W. (2011). Mekanisme og biologisk forklaring. Videnskabsfilosofi, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B. og McLauchlan, K. TIL. (1996). Friradikalmekanisme til påvirkning af elektromagnetiske miljøer på biologiske systemer International tidsskrift for strålingsbiologi, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. TIL. (2020). Natural Selection in the Wild. (MPB-21), bind 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M. og Bossert, W. H. (1970). Livshistoriske konsekvenser af naturlig udvælgelse. The American Naturalist, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinistiske befolkninger og naturlig udvælgelse. Oxford University Press.
• Hastings, J. W., & Sweeney, B. M. (1957). Om mekanismen for temperaturuafhængighed i et biologisk ur. Proceedings of the National Academy of Sciences i Amerikas Forenede Stater, 43 (9), 804.
• Lednev, V. V. (1991). Mulig mekanisme til indflydelse af svage magnetfelter på biologiske systemer. Bioelektromagnetik, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr, E. G. (1970). Naturlig selektion og mutabilitet. Den amerikanske naturforsker, 104 (937), 301-305.
• Persson, B. N. J. (2003). Om mekanismen for adhæsion i biologiske systemer. Journal of chemical physics, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. P. (2008). Hyperhidrose: medicinsk og kirurgisk behandling. Eplasty, 8.