Ρυθμιστικοί μηχανισμοί: τι είναι και πώς κάνουν το σώμα να λειτουργεί

Τα ζωντανά όντα, τόσο τα ζώα όσο και τα φυτά, είναι ανοιχτά συστήματα που λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά και αέρια από το περιβάλλον και εκκρίνουν απόβλητα ουσίες στο περιβάλλον μας σε συνεχή βάση. Τι για εμάς είναι τα κόπρανα, για άλλους μικροοργανισμούς και τα ασπόνδυλα είναι παχύφυτες ουσίες που γίνονται μέρος τους ιστούς τους (οργανική ύλη), επιτρέποντας έτσι τη συνέχιση του κύκλου άνθρακα εντός των τροφικών αλυσίδων του οικοσυστήματα.

Το να είσαι ανοιχτό σύστημα είναι απαραίτητο για την επιβίωση: η ενέργεια δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, είναι μόνο μετασχηματίζει (σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας) και, ως εκ τούτου, πρέπει να το αποκτήσουμε από το περιβάλλον συνεχώς. Ωστόσο, αυτό έχει επίσης πολλά αρνητικά σημεία, καθώς διαχέουμε συνεχώς τη θερμότητα στη μέση, από την οποία εξαρτάται το περιβάλλον μας για όλες τις βιολογικές μας εργασίες και μπορούμε να αρρωστήσουμε και να πεθάνουμε ως άμεση συνέπεια του τι συμβαίνει στο δικό μας περιβάλλον.

Να φέρει κάποια τάξη στο μεταβαλλόμενο χάος που είναι το περιβάλλον,

οι οργανισμοί μας παρουσιάζουν μια σειρά βιολογικών ή / και φυσιολογικών ρυθμιστικών μηχανισμών για τη διατήρηση μιας σταθερής εσωτερικής κατάστασης, αντισταθμίζοντας τις αλλαγές που μπορεί να συμβούν στο περιβάλλον. Ας δούμε πώς είναι.

• Σχετικό άρθρο: "Οι 10 κλάδοι της Βιολογίας: οι στόχοι και τα χαρακτηριστικά τους"

Τι είναι ένας ρυθμιστικός μηχανισμός;

Στη βιολογία, ένας μηχανισμός είναι ένα σύστημα με μέρη που αλληλεπιδρούν αιτιώδη, δημιουργώντας διεργασίες που έχουν μία ή περισσότερες επιπτώσεις στο περιβάλλον, είτε είναι εσωτερικές, εξωτερικές ή και οι δύο. Ένας μηχανισμός μπορεί να είναι η διαδικασία που οδηγεί στον ιδρώτα του ανθρώπου σε μια καυτή στιγμή (φυσιολογία), αλλά η φυσική επιλογή ή η γενετική μετατόπιση θεωρούνται επίσης μηχανισμοί, αν και σε αυτήν την περίπτωση φύσης εξελικτική.

Στον κόσμο των ρυθμιστικών μηχανισμών, τίποτα δεν είναι ασπρόμαυρο Οι βιολογικές οντότητες είναι εξαιρετικά πολύπλοκα όντα (πολυσυστατικά), των οποίων τα συστήματα βρίσκονται σε συνεχή αλληλεπίδραση και ανατροφοδότηση. Πέρα από την ποικιλομορφία του, τρία μεγάλα επίπεδα μπορούν να διακριθούν στους υποκείμενους μηχανισμούς ενός ζωντανού όντος:

• Γενετικοί μηχανισμοί: χαμηλότερος στην ιεραρχία. Η λειτουργία των γονιδίων και η έκφρασή τους είναι απαραίτητη, αλλά αντιστοιχούν στο βασικό υπόστρωμα οποιουδήποτε συστήματος.
• Μηχανισμοί κυτταρικής λειτουργίας: ο επόμενος μηχανισμός είναι αυτός που αφορά το κύτταρο και επομένως τα όργανα και τους ιστούς του σώματος.
• Νευρικοί και ενδοκρινικοί μηχανισμοί: είναι οι πιο προηγμένοι ρυθμιστικοί μηχανισμοί στην εξελικτική κλίμακα.

Όλα τα ζωντανά όντα έχουν γενετικούς μηχανισμούς, διότι εξ ορισμού, ένα κύτταρο πρέπει να έχει ένα γονιδίωμα για αυτο-αναπαραγωγή σε μελλοντικές περιπτώσεις (ακόμα και αν είναι μόνο ένα χρωμόσωμα, όπως στα βακτήρια). Από την άλλη πλευρά, κάθε ζωντανή οντότητα πρέπει να παρουσιάζει τουλάχιστον έναν κυτταρικό μηχανισμό ρύθμισης, δεδομένου ότι η βασική μονάδα της ζωής είναι το κύτταρο, αν και αποτελεί ολόκληρο τον οργανισμό (όπως συμβαίνει με τα βακτήρια και την αρχαία).

Οπως μπορεις να φανταστεις το αποκορύφωμα των φυσιολογικών ρυθμιστικών μηχανισμών (αδένες και νευρώνες, που αποτελούν μέρος του τα ενδοκρινικά και νευρικά συστήματα, αντίστοιχα) περιορίζονται στα πιο εξελικτικά ζώα συγκρότημα, καθώς είμαστε σπονδυλωτά, αν και άλλα ζωντανά όντα έχουν επίσης τη δική τους νευρική και ενδοκρινική κλίμακα.

Σε αυτό το σημείο, πρέπει να σημειωθεί ότι τα ρυθμιστικά κυκλώματα μπορούν να παρουσιάσουν δύο συστήματα ανατροφοδότησης (ανατροφοδοτήσεις): θετικά και αρνητικά. Εξηγούμε εν συντομία από τι αποτελούνται στις ακόλουθες γραμμές.

1. Αρνητικά σχόλια

Αυτή τη φορά, ο μηχανισμός ρύθμισης επιδιώκει να διατηρήσει μια παράμετρο X υπό έλεγχο σε ένα πολύ συγκεκριμένο φάσμα, πάντα κοντά στην τιμή X0, το οποίο είναι το μέγιστο βέλτιστο σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον. Οι τιμές της παραμέτρου X συλλέγονται από το περιβάλλον ή το εσωτερικό περιβάλλον μέσω διαύλων πληροφοριών (όπως θερμοϋποδοχείς και άλλα νευρικές ομάδες) και οι πληροφορίες μεταφέρονται στο κέντρο του μηχανισμού, ο οποίος θα δημιουργήσει τις απαντήσεις που βασίζονται στο περιβάλλον με τον καλύτερο τρόπο δυνατόν.

2. Θετική ανταπόκριση

Σε αυτήν την περίπτωση, τα πράγματα αλλάζουν. Ο στόχος των μηχανισμών ρύθμισης θετικών σχολίων είναι φθάσει στο μέγιστο σημείο αποτελεσματικότητας της παραμέτρου X, που αποκλίνει από την τιμή X0, μόλις επιτευχθούν ορισμένες συνθήκες.

Αν και κινούμαστε σε πολύ περίπλοκες έννοιες, η διαφορά μεταξύ αρνητικού και θετικού σχολίου είναι πολύ εύκολο να κατανοηθεί: στην πρώτη περίπτωση, η Το σύστημα ανταποκρίνεται σε μια κατεύθυνση αντίθετη από το σήμα, δηλαδή τείνει να «σταθεροποιεί» την έξοδο του συστήματος έτσι ώστε να παραμένει σε καλή κατάσταση. συνεχής. Από την άλλη πλευρά, σε θετικά σχόλια τα εφέ ή οι έξοδοι ενός συστήματος προκαλούν αθροιστικά εφέ στην είσοδο. Στην τελευταία περίπτωση, είναι ένα σύστημα που, εξ ορισμού, παρουσιάζει ένα ασταθές σημείο ισορροπίας.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Τα 12 συστήματα του ανθρώπινου σώματος (και πώς λειτουργούν)"

Παραδείγματα κανονιστικών μηχανισμών

Έχουμε κινηθεί ανάμεσα σε αρκετά ηθικές έννοιες, οπότε θα ήταν χρήσιμο να δείξουμε λίγο τι είναι ένας κανονιστικός μηχανισμός από φυσιολογική άποψη. Ας πούμε, για παράδειγμα, ότι θέλουμε να κατανοήσουμε πώς εμφανίζεται η εφίδρωση στους ανθρώπους. Καν 'το.

Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθεί ότι η εφίδρωση είναι ένας ρυθμιστικός μηχανισμός που διαμορφώνεται από το συμπαθητικό νευρικό σύστημα, το οποίο είναι υπεύθυνο για πολλές ακούσιες λειτουργίες στον άνθρωπο. Μας υποθάλαμος Περιέχει νευρώνες στην πρόσθια και προοπτική περιοχή που ειδικεύεται στην καταγραφή αλλαγών στην εσωτερική θερμοκρασία και στη δραστηριότητα του εγκεφαλικού φλοιού. Επομένως, όταν φτάσει η πληροφορία ότι υπάρχει υπερβολική θερμότητα (είτε εσωτερική είτε εξωτερική), η ο υποθάλαμος στέλνει το σήμα μέσω χολινεργικών ινών στους εκκρινείς αδένες σε όλο το δέρμα έτσι ώστε εκκρίνει τον ιδρώτα.

Ο ιδρώτας βγαίνει μέσω των πόρων που συνδέουν τους εκκρινείς αδένες με το δέρμα. Δεδομένου ότι τα υγρά χρειάζονται θερμότητα για να εξατμιστούν (τελικά, η θερμότητα είναι ενέργεια), "πιάνουν" Αυτή η υπερβολική θερμοκρασία επιφάνειας του σώματος, η οποία αναγκάζει το γενικό μας σύστημα να γίνει κρυώνω. Μέσω της εξάτμισης του ιδρώτα, το 27% της θερμότητας του σώματος διαλύεται, οπότε δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτός ο μηχανισμός ενεργοποιείται σε περίπτωση φυσικής ή / και περιβαλλοντικής παραλλαγής..

Σε αυτήν την περίπτωση, βρισκόμαστε σε θεωρητικό επίπεδο πριν από έναν μηχανισμό αρνητικής ανάδρασης. Το ενδιαφέρον του οργανισμού είναι να διατηρήσει τη θερμοκρασία του σώματος (παράμετρος Χ) σε ένα κατάλληλο εύρος όσο το δυνατόν πιο κοντά στο ιδανικό, που είναι μεταξύ 36 και 37 βαθμών. Σε αυτό το σύστημα, το λειτουργικό σύμπλεγμα ανταποκρίνεται αντίστροφα σε εξωτερικά ερεθίσματα.

Αν έχουμε φιλοσοφικό μπορούμε επίσης να αντιληφθούμε τη φυσική επιλογή ή τη γενετική μετατόπιση ως ρυθμιστικούς μηχανισμούς από εξελικτική άποψη Η φυσική επιλογή ασκεί πίεση στο ανοιχτό σύστημα που είναι πληθυσμός, επιλέγοντας τα γονίδια που είναι πιο ευεργετικά μακροπρόθεσμα και αγνοώντας τα λιγότερο προσαρμοστικά.

Για παράδειγμα, ένα ζώο ενός είδους πουλιού που γεννιέται (με μετάλλαξη de novo) με μακρύτερο ράμφος μεγαλύτερο από τα υπόλοιπα, θα μπορούσε να έχει μεγαλύτερη δυνατότητα να κυνηγά έντομα ανάμεσα στους φλοιούς του δέντρα. Καθώς αυτό το ζωντανό ον έχει ένα πλεονέκτημα έναντι των υπόλοιπων, θα μπορεί να τρέφεται περισσότερο, θα μεγαλώνει περισσότερο και, ως εκ τούτου, θα είναι ισχυρότερο όταν ανταγωνίζεται με τα υπόλοιπα αρσενικά για αναπαραγωγή. Εάν το χαρακτηριστικό «μεγάλο ράμφος» είναι κληρονομικό, πρέπει να αναμένεται ότι ο απόγονος αυτού του ζώου θα είναι πιο βιώσιμος από τα υπόλοιπα.

Έτσι, κατά τη διάρκεια των γενεών, το χαρακτηριστικό της «μεγάλης αιχμής» θα αυξανόταν στον πληθυσμό, καθώς απλά εκείνοι που το παρουσιάζουν ζουν περισσότερο και έχουν περισσότερες ευκαιρίες αναπαραγωγής. Η φυσική επιλογή δρα ως ένας σαφής εξελικτικός μηχανισμός ρύθμισης σε αυτήν την περίπτωση, καθώς το ποσοστό των γονιδίων σε έναν πληθυσμό ποικίλλει ανάλογα με τις επιθέσεις του περιβάλλοντος.

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: "Η θεωρία της βιολογικής εξέλιξης: τι είναι και τι εξηγεί"

ΒΙΟΓΡΑΦΙΚΟ

Όπως ίσως έχετε δει, οι ρυθμιστικοί μηχανισμοί στον κόσμο της βιολογίας υπερβαίνουν κατά πολύ τη θερμορύθμιση ή την κατανάλωση ενέργειας. Από την έκφραση των γονιδίων έως την εξέλιξη του είδους, τα πάντα μπορούν να συνοψιστούν σε μια θετική ή αρνητική ανατροφοδότηση που επιδιώκει να φτάσει σε ένα μέγιστο σημείο αποτελεσματικότητας, σε ένα σημείο ή άλλο. Στο τέλος, ο στόχος είναι να επιτευχθεί η μέγιστη εσωτερική ισορροπία με κάθε δυνατό τρόπο, λαμβάνοντας πάντα υπόψη τους περιβαλλοντικούς περιορισμούς.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Bechtel, W. (2011). Μηχανισμός και βιολογική εξήγηση. Φιλοσοφία της επιστήμης, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., & McLauchlan, Κ. ΠΡΟΣ ΤΗΝ. (1996). Μηχανισμός ελευθέρων ριζών για τις επιπτώσεις των περιβαλλοντικών ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στα βιολογικά συστήματα. Διεθνές περιοδικό της βιολογίας ακτινοβολίας, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. ΠΡΟΣ ΤΗΝ. (2020). Natural Selection in the Wild. (MPB-21), τόμος 21. Πανεπιστημιακός Τύπος του Πρίνστον.
• Gadgil, M., & Bossert, W. Η. (1970). Ιστορικές συνέπειες της φυσικής επιλογής της ζωής. The American Naturalist, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, Ρ. (2009). Δαρβινικοί πληθυσμοί και φυσική επιλογή. Πανεπιστημιακός Τύπος της Οξφόρδης.
• Χέιστινγκς, J. W., & Sweeney, Β. Μ. (1957). Σχετικά με τον μηχανισμό της ανεξαρτησίας της θερμοκρασίας σε ένα βιολογικό ρολόι. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής, 43 (9), 804.
• Lednev, V. V. (1991). Πιθανός μηχανισμός για την επίδραση ασθενών μαγνητικών πεδίων στα βιολογικά συστήματα. Βιοηλεκτρομαγνητική, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr, Ε. ΣΟΛ. (1970). Φυσική επιλογή και μεταβλητότητα. The American Naturalist, 104 (937), 301-305.
• Persson, Β. Ν. Ι. (2003). Σχετικά με τον μηχανισμό πρόσφυσης σε βιολογικά συστήματα. Η Εφημερίδα της χημικής φυσικής, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, Λ. Π. (2008). Υπερίδρωση: ιατρική και χειρουργική θεραπεία. Eplasty, 8.