Meccanismi regolatori: cosa sono e come fanno funzionare l'organismo

Gli esseri viventi, sia animali che piante, sono sistemi aperti che ottengono nutrienti e gas dall'ambiente ed espellono continuamente sostanze di scarto nel nostro ambiente. Quello che per noi sono le feci, per gli altri microrganismi e gli invertebrati sono sostanze succulente che entrano a far parte di loro tessuti (materia organica), permettendo così la continuazione del ciclo del carbonio all'interno delle catene trofiche del ecosistemi.

Essere un sistema aperto è necessario per sopravvivere: l'energia non si crea né si distrugge, è solo trasforma (secondo la legge di conservazione dell'energia) e, quindi, dobbiamo ottenerla dall'ambiente continuamente. Tuttavia, questo ha anche diversi punti negativi, poiché disperdiamo costantemente il calore nel mezzo, dipendiamo da il nostro ambiente per tutti i nostri compiti biologici e possiamo ammalarci e morire come diretta conseguenza di ciò che accade nel nostro ambiente.

Per portare un po' di ordine nel caos mutevole che è l'ambiente, i nostri corpi presentano una serie di meccanismi regolatori biologici e/o fisiologici

mantenere una condizione interna stabile, compensando i cambiamenti che possono verificarsi nell'ambiente. Vediamo come sono.

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Che cos'è un meccanismo di regolamentazione?

In biologia, un meccanismo è is un sistema con parti che interagiscono causalmente, dando luogo a processi che hanno uno o più effetti sull'ambiente, sia esso interno, esterno o entrambi. Un meccanismo può essere il processo che porta al sudore dell'essere umano in un momento caldo (fisiologia), ma sono considerati meccanismi anche la selezione naturale o la deriva genetica, sebbene in questo caso di natura evolutivo.

Nel mondo dei meccanismi regolatori, niente è bianco o nero, dal momento che Le entità biologiche sono esseri estremamente complessi (multicomponenti), i cui sistemi sono in continua interazione e feedback. Al di là della sua diversità, si possono distinguere tre grandi livelli nei meccanismi alla base di un essere vivente:

• Meccanismi genetici: il più basso nella gerarchia. Il funzionamento dei geni e la loro espressione è essenziale, ma corrispondono al substrato di base di qualsiasi sistema.
• Meccanismi di funzionamento cellulare: il meccanismo successivo è quello che riguarda la cellula, e quindi gli organi ei tessuti del corpo.
• Meccanismi nervosi ed endocrini: sono i meccanismi regolatori più avanzati sulla scala evolutiva.

Tutti gli esseri viventi hanno meccanismi genetici, perché per definizione una cellula deve avere un genoma per autoreplicarsi in occasioni future (anche se è un solo cromosoma, come nei batteri). D'altra parte, ogni essere vivente deve presentare almeno un meccanismo di regolazione cellulare, poiché l'unità di base della vita è la cellula, anche se costituisce l'intero organismo (come nel caso dei batteri e degli archei).

Come puoi immaginare l'apice dei meccanismi regolatori fisiologici (ghiandole e neuroni, che fanno parte del sistema endocrino e nervoso, rispettivamente) è limitato agli animali più evolutivamente complesso, poiché siamo vertebrati, sebbene anche altri esseri viventi abbiano le proprie squame nervose ed endocrine.

A questo punto, va notato che i circuiti regolatori possono presentare due sistemi di feedback (feedback): positivo e negativo. Spieghiamo brevemente in cosa consistono nelle righe seguenti.

1. Feedback negativo

Questa volta, il meccanismo di regolazione cerca di tenere sotto controllo un parametro X in uno spettro ben preciso, sempre vicino al valore X0, che è il massimo ottimale in un ambiente specifico. I valori del parametro X sono raccolti dall'ambiente o dall'ambiente interno attraverso canali informativi (come termocettori e altri gruppi nervosi) e l'informazione viene portata al centro del meccanismo, che genererà risposte in base all'ambiente nel migliore dei modi possibile.

2. Riscontro positivo

In questo caso le cose cambiano. L'obiettivo dei meccanismi di regolazione del feedback positivo è raggiungere il punto di massima efficacia del parametro X, deviato dal valore X0, una volta raggiunte determinate condizioni.

Sebbene ci muoviamo in concetti abbastanza complessi, la differenza tra un feedback negativo e uno positivo è molto facile da capire: nel primo caso, il Il sistema risponde in direzione opposta al segnale, cioè tende a “stabilizzare” l'uscita del sistema in modo che rimanga in buone condizioni. costante. Nella retroazione positiva, invece, gli effetti o le uscite di un sistema provocano effetti cumulativi in ​​ingresso. In quest'ultimo caso si tratta di un sistema che, per definizione, presenta un punto di equilibrio instabile.

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Esempi di meccanismi di regolazione

Ci siamo mossi tra concetti abbastanza eterei, quindi sarà utile esemplificare un po' cosa sia un meccanismo di regolazione da un punto di vista fisiologico. Diciamo, per esempio, di voler capire come avviene la sudorazione nell'uomo. Fallo.

Prima di tutto, va notato che la sudorazione è un meccanismo di regolazione modulato dal sistema nervoso simpatico, responsabile di molte funzioni involontarie nell'uomo. Nostro ipotalamo contiene neuroni dell'area anteriore e preottica specializzati nella registrazione delle variazioni della temperatura interna e dell'attività della corteccia cerebrale. Pertanto, quando arriva l'informazione che c'è un eccesso di calore (sia interno che esterno), il l'ipotalamo invia il segnale attraverso le fibre colinergiche alle ghiandole eccrine in tutta la pelle in modo che espellere il sudore.

Il sudore fuoriesce dai pori che collegano le ghiandole eccrine con la pelle. Poiché i fluidi hanno bisogno di calore per evaporare (dopotutto, il calore è energia), "catturano" questa temperatura in eccesso della superficie corporea, che fa sì che il nostro sistema generale diventi Calmati. Attraverso l'evaporazione del sudore viene dissipato il 27% del calore corporeo, quindi non stupisce che questo meccanismo si attivi in ​​caso di qualsiasi variazione fisica e/o ambientale..

In questo caso, siamo a un livello teorico prima di un meccanismo di regolazione del feedback negativo. L'interesse dell'organismo è mantenere la temperatura corporea (parametro X) in un intervallo adeguato il più possibile vicino all'ideale, che è compreso tra 36 e 37 gradi. In questo sistema, il complesso funzionale risponde inversamente agli stimoli esterni.

Se diventiamo filosofici possiamo anche concepire la selezione naturale o la deriva genetica come meccanismi regolatori da un punto di vista evolutivo. La selezione naturale esercita una pressione sul sistema aperto che è una popolazione, selezionando i geni più vantaggiosi a lungo termine e trascurando quelli meno adattivi.

Ad esempio, un animale di una specie di uccello che nasce (da una mutazione de novo) con un becco più lungo più grande delle altre, potrebbe avere una maggiore facilità per cacciare insetti tra le cortecce del alberi. Poiché questo essere vivente ha un vantaggio rispetto al resto, sarà in grado di nutrirsi di più, crescerà di più e, quindi, sarà più forte quando si tratta di competere con il resto dei maschi per riprodursi. Se il tratto "grande becco" è ereditabile, è prevedibile che la prole di quell'animale sarà più vitale del resto.

Così, nel corso delle generazioni, il tratto del "grande picco" aumenterebbe nella popolazione, poiché semplicemente coloro che lo presentano vivono più a lungo e hanno più opportunità di riprodursi. La selezione naturale agisce in questo caso come un chiaro meccanismo di regolazione evolutiva, poiché la proporzione di geni in una popolazione varia a seconda delle imposizioni dell'ambiente.

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Curriculum vitae

Come avrete visto, i meccanismi di regolazione nel mondo della biologia vanno ben oltre la termoregolazione o il consumo di energia. Dall'espressione dei geni all'evoluzione della specie, tutto può essere riassunto in un feedback positivo o negativo che cerca di raggiungere un punto massimo di efficacia, in un punto o nell'altro. Alla fine, l'obiettivo è raggiungere il massimo equilibrio interno in ogni modo possibile, tenendo sempre conto dei vincoli ambientali.

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