Sääntelymekanismit: mitä ne ovat ja miten ne saavat kehon toimimaan

Elävät olennot, sekä eläimet että kasvit, ovat avoimia järjestelmiä, jotka saavat ravinteita ja kaasuja ympäristöstä ja erittävät jätteitä ympäristöstämme jatkuvasti. Mitä meille on ulosteita, muille mikro-organismeille ja selkärangattomat ovat meheviä aineita, joista tulee osa niiden kudokset (orgaaniset aineet), mikä sallii hiilisyklin jatkumisen BSA: n trofisissa ketjuissa ekosysteemit.

Avoimen järjestelmän oleminen on välttämätöntä selviytymisen kannalta: energiaa ei luoda eikä tuhota, se on vain muuttuu (energiansäästölain mukaan) ja siksi meidän on hankittava se ympäristöstä jatkuvasti. Tällä on kuitenkin myös useita negatiivisia kohtia, koska me johdamme lämpöä jatkuvasti keskelle, olemme riippuvaisia ympäristömme kaikkia biologisia tehtäviämme varten ja voimme sairastua ja kuolla suorana seurauksena siitä, mitä tapahtuu ympäristössä.

Jos haluat järjestää ympäristön muuttuvassa kaaoksessa, kehomme esittelee joukon biologisia ja / tai fysiologisia säätelymekanismeja ylläpitää vakaa sisäinen kunto korvaamalla ympäristössä mahdollisesti tapahtuvat muutokset. Katsotaanpa, kuinka he ovat.

• Aiheeseen liittyvä artikkeli: "Biologian 10 haaraa: niiden tavoitteet ja ominaisuudet"

Mikä on sääntelymekanismi?

Biologiassa mekanismi on järjestelmä, jonka osat ovat kausaalisesti vuorovaikutuksessa ja johtavat prosesseihin, joilla on yksi tai useampi ympäristövaikutus, olivatpa ne sisäisiä, ulkoisia tai molempia. Yksi mekanismi voi olla prosessi, joka johtaa ihmisen hikiin kuumalla hetkellä (fysiologia), mutta luonnollista valintaa tai geneettistä ajautumista pidetään myös mekanismeina, vaikkakin tässä tapauksessa luonteeltaan evoluutio.

Sääntelymekanismien maailmassa mikään ei ole mustaa tai valkoista, koska biologiset yksiköt ovat erittäin monimutkaisia ​​olentoja (monikomponenttisia), joiden järjestelmät ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa ja palaute. Moninaisuuden lisäksi elävän olennon taustalla olevissa mekanismeissa voidaan erottaa kolme suurta tasoa:

• Geneettiset mekanismit: alin hierarkiassa. Geenien toiminta ja niiden ilmentyminen on välttämätöntä, mutta ne vastaavat minkä tahansa järjestelmän perussubstraattia.
• Solun toiminnan mekanismit: seuraava mekanismi on se, joka koskee solua ja siten kehon elimiä ja kudoksia.
• Hermo- ja hormonitoimintamekanismit: ne ovat kehittyneimmällä tasolla edistyneimmät säätelymekanismit.

Kaikilla elävillä olennoilla on geneettiset mekanismit, koska määritelmän mukaan solulla on oltava genomi, joka replikoituu tulevaisuudessa (vaikka se olisi vain yksi kromosomi, kuten bakteereissa). Toisaalta jokaisella elävällä olennolla on oltava ainakin yksi solun säätelymekanismi perusyksiköstä lähtien Elämä on solu, vaikka se muodostaa koko organismin (kuten bakteerien ja arkeoiden tapauksessa).

Kuten voit kuvitella fysiologisten säätelymekanismien huippu (rauhaset ja neuronit, jotka ovat osa endokriiniset ja hermostojärjestelmät) on rajoitettu evoluutioltaan eniten eläimiin monimutkainen, koska olemme selkärankaisia, vaikka muillakin elävillä olennoilla on myös omat hermo- ja hormonaaliset asteikot.

Tässä vaiheessa on huomattava, että sääntelypiirit voivat esittää kahta takaisinkytkentäjärjestelmää (palautetta): positiivisen ja negatiivisen. Seuraavissa riveissä selitämme lyhyesti, mistä ne koostuvat.

1. Negatiivinen palaute

Tällä kertaa, säätömekanismilla pyritään pitämään parametri X hallinnassa hyvin tarkalla spektrillä, aina lähellä arvoa X0, joka on suurin optimi tietyssä ympäristössä. X-parametrin arvot kerätään ympäristöstä tai sisäisestä ympäristöstä informaatiokanavien kautta (kuten termoreseptorit ja muut) hermoryhmät) ja tieto tuodaan mekanismin keskelle, mikä tuottaa vastauksia ympäristöön parhaalla mahdollisella tavalla mahdollista.

2. Positiivista palautetta

Tässä tapauksessa asiat muuttuvat. Positiivisen palautteen sääntelymekanismien tavoitteena on saavuttaa parametrin X suurin hyötysuhde, poikkeava arvosta X0, kun tietyt ehdot on saavutettu.

Vaikka liikkumme melko monimutkaisissa käsitteissä, negatiivisen ja positiivisen palautteen välinen ero on erittäin helppo ymmärtää: ensimmäisessä tapauksessa järjestelmä reagoi signaalia vastakkaiseen suuntaan, toisin sanoen sillä on taipumus "vakauttaa" järjestelmän lähtö niin, että se pysyy hyvässä kunnossa. vakio. Toisaalta positiivisessa palautteessa järjestelmän vaikutukset tai tuotokset aiheuttavat kumulatiivisia vaikutuksia tulossa. Jälkimmäisessä tapauksessa se on järjestelmä, joka määritelmänsä mukaan on epävakaa tasapainopiste.

• Saatat olla kiinnostunut: "Ihmiskehon 12 järjestelmää (ja miten ne toimivat)"

Esimerkkejä sääntelymekanismeista

Olemme siirtyneet melko eteeristen käsitteiden välillä, joten on hyödyllistä havainnollistaa hieman, mikä sääntelymekanismi on fysiologiselta kannalta. Sanotaan esimerkiksi, että haluamme ymmärtää, kuinka hikoilu tapahtuu ihmisillä. Anna palaa.

Ensinnäkin on huomattava, että hikoilu on sympaattisen hermoston moduloima säätelymekanismi, joka on vastuussa monista tahattomista toiminnoista ihmisillä. Meidän hypotalamus se sisältää etu- ja preoptisen alueen neuroneja, jotka ovat erikoistuneet sisäisen lämpötilan ja aivokuoren aktiivisuuden muutosten kirjaamiseen. Siksi, kun tiedot saapuvat siitä, että lämpöä on liikaa (onko se sisäistä tai ulkoista), hypotalamus lähettää signaalin kolinergisten kuitujen kautta ekriinisiin rauhasiin koko ihossa niin erittää hikeä.

Hiki tulee ulos huokosista, jotka yhdistävät eccrine-rauhaset ihoon. Koska nesteet tarvitsevat lämpöä haihtuakseen (loppujen lopuksi lämpö on energiaa), ne "kiinni" tämä ylimääräinen ruumiinpinnan lämpötila, joka saa yleisen järjestelmämme muuttumaan viilentyä. Hiki haihtuu 27% ruumiinlämpöstä, joten ei ole yllättävää, että tämä mekanismi aktivoituu fyysisten ja / tai ympäristöllisten vaihteluiden yhteydessä..

Tässä tapauksessa olemme teoreettisella tasolla ennen negatiivisen palautteen säätelymekanismia. Organismin edun mukaista on pitää kehon lämpötila (parametri X) sopivalla alueella mahdollisimman lähellä ihanteellista, joka on välillä 36 ja 37 astetta. Tässä järjestelmässä toiminnallinen kompleksi reagoi käänteisesti ulkoisiin ärsykkeisiin.

Jos saamme filosofisen voimme myös kuvitella luonnollisen valinnan tai geneettisen ajautumisen sääntelymekanismeina evoluution näkökulmasta. Luonnollinen valinta painostaa avointa järjestelmää, joka on populaatio, valitsemalla geenit, jotka ovat kaikkein hyödyllisimpiä pitkällä aikavälillä, ja jättämättä huomiotta vähiten sopeutuvia.

Esimerkiksi lintulajin eläin, joka on syntynyt (de novo -mutaation avulla) pidemmällä nokalla Suurempi kuin muut, sillä voi olla suurempi mahdollisuus hyönteisten metsästämiseen puita. Koska tällä elävällä olennalla on etu muihin nähden, se pystyy ruokkimaan enemmän, se kasvaa enemmän ja sen vuoksi se on vahvempi, kun kilpailee muiden urosten kanssa lisääntymisestä. Jos ”iso nokka” on perinnöllinen, on odotettavissa, että eläimen jälkeläiset ovat elinkelpoisempia kuin muut.

Siten sukupolvien ajan "iso huippu" -piirre lisääntyisi väestössä, koska yksinkertaisesti sen läsnäolijat elävät pidempään ja heillä on enemmän mahdollisuuksia lisääntyä. Luonnollinen valinta toimii tässä tapauksessa selkeänä evoluutio-säätelymekanismina, koska geenien osuus populaatiossa vaihtelee ympäristön asettamien vaatimusten mukaan.

• Saatat olla kiinnostunut: "Biologisen evoluution teoria: mitä se on ja mitä se selittää"

Jatkaa

Kuten olet ehkä nähnyt, sääntelymekanismit biologian maailmassa ylittävät paljon lämpösääntelyn tai energiankulutuksen. Geenien ilmentymisestä lajin kehittymiseen kaikki voidaan tiivistää positiivisena tai negatiivisena palautteena, jolla pyritään saavuttamaan maksimaalinen tehokkuuspiste, jossain vaiheessa tai toisessa. Loppujen lopuksi tavoitteena on saavuttaa suurin mahdollinen sisäinen tasapaino kaikin mahdollisin tavoin ottaen aina huomioon ympäristön rajoitteet.

Bibliografiset viitteet:

• Bechtel, W. (2011). Mekanismi ja biologinen selitys. Tieteenfilosofia, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., ja McLauchlan, K. TO. (1996). Vapaiden radikaalien mekanismi ympäristön sähkömagneettisten kenttien vaikutuksille biologisiin järjestelmiin. Kansainvälinen säteilybiologian lehti, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. TO. (2020). Luonnollinen valinta luonnossa. (MPB-21), osa 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M., & Bossert, W. H. (1970). Luonnollisen valinnan elämänhistorialliset seuraukset. American Naturalist, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinin populaatiot ja luonnollinen valinta. Oxford University Press.
• Hastings, J. W., & Sweeney, B. M. (1957). Lämpötilariippumattomuuden mekanismista biologisessa kellossa. Yhdysvaltojen kansallisen tiedeakatemian julkaisut, 43 (9), 804.
• Lednev, V. V. (1991). Mahdollinen mekanismi heikkojen magneettikenttien vaikutukseen biologisiin järjestelmiin. Bioelektromagnetiikka, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr, E. G. (1970). Luonnollinen valinta ja muutettavuus. American Naturalist, 104 (937), 301-305.
• Persson, B. N. J. (2003). Tartuntamekanismista biologisissa järjestelmissä. Journal of Chemical Physics, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. P. (2008). Liikahikoilu: lääketieteellinen ja kirurginen hoito. Eplasty, 8.