Regulationsmechanismen: was sie sind und wie sie den Körper funktionieren lassen

Lebewesen, sowohl Tiere als auch Pflanzen, sind offene Systeme, die kontinuierlich Nährstoffe und Gase aus der Umwelt beziehen und Abfallstoffe in unsere Umwelt ausscheiden. Was für uns Kot ist, sind für andere Mikroorganismen und Wirbellose Sukkulenten, die ein Teil davon werden deren Gewebe (organische Materie) und ermöglicht so die Fortsetzung des Kohlenstoffkreislaufs innerhalb der trophischen Ketten der Ökosysteme.

Ein offenes System zu sein ist überlebensnotwendig: Energie wird weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur wandelt sich (gemäß dem Energieerhaltungssatz) um und muss daher aus der Umwelt gewonnen werden ständig. Dies hat jedoch auch einige negative Punkte, da wir ständig Wärme in der Mitte abführen, auf die wir angewiesen sind unsere Umwelt für alle unsere biologischen Aufgaben und wir können als direkte Folge dessen, was in unserem passiert, krank werden und sterben Umgebung.

Um Ordnung in das sich verändernde Chaos der Umwelt zu bringen, unser Körper weist eine Reihe biologischer und/oder physiologischer Regulationsmechanismen auf

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um einen stabilen inneren Zustand aufrechtzuerhalten und Veränderungen, die in der Umgebung auftreten können, auszugleichen. Mal sehen, wie sie sind.

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Was ist ein Regulierungsmechanismus?

In der Biologie ist ein Mechanismus ein System mit Teilen, die kausal interagieren, wodurch Prozesse entstehen, die eine oder mehrere Auswirkungen auf die Umwelt haben, sei es intern, extern oder beides. Ein Mechanismus kann der Vorgang sein, der in einem heißen Moment zum Schweiß des Menschen führt (Physiologie), aber auch natürliche Selektion oder genetische Drift werden als Mechanismen angesehen, wenn auch in diesem Fall von Natur evolutionär.

In der Welt der Regulierungsmechanismen ist nichts schwarz oder weiß, denn biologische Einheiten sind extrem komplexe Wesen (multikomponentig), deren Systeme in ständiger Interaktion und Rückkopplung stehen. Über die Vielfalt hinaus lassen sich in den zugrundeliegenden Mechanismen eines Lebewesens drei große Ebenen unterscheiden:

Genetische Mechanismen: niedrigste in der Hierarchie. Die Funktion von Genen und ihre Expression sind essentiell, aber sie entsprechen dem basalen Substrat eines jeden Systems.
Mechanismen der Zellfunktion: Der nächste Mechanismus betrifft die Zelle und damit die Organe und Gewebe des Körpers.
Nervöse und endokrine Mechanismen: Sie sind die fortschrittlichsten Regulationsmechanismen auf der evolutionären Skala.

Alle Lebewesen haben genetische Mechanismen, denn per Definition muss eine Zelle ein Genom haben, um sich bei zukünftigen Gelegenheiten selbst zu replizieren (auch wenn es nur ein Chromosom ist, wie bei Bakterien). Andererseits muss jedes Lebewesen mindestens einen zellulären Regulationsmechanismus aufweisen, da die Grundeinheit des Lebens ist die Zelle, obwohl sie den gesamten Organismus ausmacht (wie es bei Bakterien und Archaeen der Fall ist).

Wie du dir vorstellen kannst die Spitze der physiologischen Regulationsmechanismen (Drüsen und Neuronen, die Teil des endokrines bzw. Nervensystem) ist auf die evolutionärsten Tiere beschränkt Komplex, da wir Wirbeltiere sind, obwohl auch andere Lebewesen ihre eigenen Nerven- und Hormonschuppen haben.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass Regelkreise zwei Feedbacksysteme (Feedbacks) aufweisen können: positiv und negativ. In den folgenden Zeilen erklären wir kurz, woraus sie bestehen.

1. Negative Rückmeldung

Diesmal, der Regelmechanismus versucht, einen Parameter X in einem ganz bestimmten Spektrum unter Kontrolle zu halten, immer nahe dem Wert X0, was das maximale Optimum in einer bestimmten Umgebung ist. Die Werte des X-Parameters werden über Informationskanäle (wie Thermorezeptoren und andere) aus der Umgebung oder der inneren Umgebung gesammelt Nervengruppen) und die Informationen werden in das Zentrum des Mechanismus gebracht, der bestmögliche Reaktionen basierend auf der Umgebung generiert möglich.

2. Positives Feedback

In diesem Fall ändern sich die Dinge. Das Ziel von positiven Feedback-Regulationsmechanismen ist den maximalen Wirkungspunkt des Parameters X, abweichend vom Wert X0, erreichen, wenn bestimmte Bedingungen erreicht sind.

Obwohl wir uns in recht komplexen Konzepten bewegen, ist der Unterschied zwischen einem negativen und einem positiven Feedback sehr leicht zu verstehen: Im ersten Fall ist die Das System reagiert auf eine dem Signal entgegengesetzte Richtung, d. h. es neigt dazu, den Ausgang des Systems zu „stabilisieren“, so dass es in gutem Zustand bleibt. Konstante. Andererseits verursachen bei positiver Rückkopplung die Effekte oder Ausgänge eines Systems kumulative Effekte am Eingang. Im letzteren Fall handelt es sich um ein System, das per Definition einen instabilen Gleichgewichtspunkt aufweist.

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Beispiele für Regulierungsmechanismen

Wir haben uns zwischen recht ätherischen Konzepten bewegt, daher ist es nützlich, ein wenig beispielhaft zu erläutern, was ein Regulationsmechanismus aus physiologischer Sicht ist. Nehmen wir zum Beispiel an, wir wollen verstehen, wie das Schwitzen beim Menschen abläuft. Tue es.

Zunächst ist zu beachten, dass Schwitzen ist ein vom sympathischen Nervensystem modulierter Regulationsmechanismus, der beim Menschen für viele unwillkürliche Funktionen verantwortlich ist. Unsere Hypothalamus es enthält Neuronen im vorderen und präoptischen Bereich, die darauf spezialisiert sind, Veränderungen der Innentemperatur und der Aktivität der Großhirnrinde aufzuzeichnen. Wenn daher die Information eintrifft, dass ein Wärmeüberschuss vorhanden ist (sei es intern oder extern), wird die Hypothalamus sendet das Signal durch cholinerge Fasern an die ekkrinen Drüsen in der gesamten Haut, so dass Schweiß ausscheiden.

Schweiß tritt durch die Poren aus, die die ekkrinen Drüsen mit der Haut verbinden. Da Flüssigkeiten zum Verdampfen Wärme benötigen (Wärme ist schließlich Energie), "fangen" sie diese übermäßige Körperoberflächentemperatur, die dazu führt, dass unser allgemeines System abkühlen. Durch die Verdunstung des Schweißes werden 27% der Körperwärme abgeführt, so dass es nicht verwunderlich ist, dass dieser Mechanismus bei jeglichen physikalischen und/oder umweltbedingten Schwankungen aktiviert wird..

In diesem Fall befinden wir uns auf einer theoretischen Ebene vor einem negativen Feedback-Regulierungsmechanismus. Das Interesse des Organismus besteht darin, die Körpertemperatur (Parameter X) in einem geeigneten Bereich möglichst nahe am Ideal zwischen 36 und 37 Grad zu halten. In diesem System reagiert der Funktionskomplex umgekehrt auf äußere Reize.

Wenn wir philosophisch werden wir können uns auch natürliche Selektion oder genetische Drift als Regulationsmechanismen vorstellen aus evolutionärer Sicht. Die natürliche Selektion übt Druck auf das offene System aus, das eine Population darstellt, indem sie die Gene auswählt, die langfristig am nützlichsten sind, und die am wenigsten anpassungsfähigen Gene außer Acht lässt.

Zum Beispiel ein Tier einer Vogelart, das (durch eine de novo-Mutation) mit einem längeren Schnabel geboren wird größer als der Rest, könnte es eine größere Fähigkeit haben, Insekten zwischen den Rinden des zu jagen Bäume. Da dieses Lebewesen gegenüber den anderen einen Vorteil hat, kann es mehr Nahrung aufnehmen, es wird mehr wachsen und daher stärker sein, wenn es darum geht, mit den übrigen Männchen um die Fortpflanzung zu konkurrieren. Wenn das Merkmal „Großer Schnabel“ vererbbar ist, ist zu erwarten, dass die Nachkommen dieses Tieres lebensfähiger sind als die anderen.

So würde das Merkmal „Big Peak“ über die Generationen hinweg in der Population zunehmen, da einfach diejenigen, die es aufweisen, länger leben und mehr Möglichkeiten zur Fortpflanzung haben. Die natürliche Selektion fungiert in diesem Fall als klarer evolutionärer Regulationsmechanismus, da der Anteil der Gene in einer Population je nach Belastung durch die Umwelt variiert.

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Fortsetzen

Wie Sie vielleicht gesehen haben, gehen Regulationsmechanismen in der Welt der Biologie weit über Thermoregulation oder Energieverbrauch hinaus. Von der Genexpression bis zur Evolution der Art kann alles in einem positiven oder negativen Feedback zusammengefasst werden, das versucht, einen maximalen Punkt der Wirksamkeit zu erreichen, an der einen oder anderen Stelle. Am Ende ist das Ziel, auf jede erdenkliche Weise ein maximales internes Gleichgewicht zu erreichen, immer unter Berücksichtigung von Umweltauflagen.

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