מנגנוני רגולציה: מה הם ואיך הם גורמים לגוף לעבוד

יצורים חיים, הן בעלי חיים והן צמחים, הם מערכות פתוחות שמקבלות חומרים מזינים וגזים מהסביבה ומפרישות חומרי פסולת בסביבתנו באופן רציף. מה מבחינתנו צואה, עבור מיקרואורגניזמים וחסרי חוליות אחרים הם חומרים עסיסיים שהופכים לחלק מ הרקמות שלהם (חומר אורגני), ובכך מאפשרים את המשך מחזור הפחמן בתוך השרשראות הטרופיות של מערכות אקולוגיות.

להיות מערכת פתוחה הכרחי להישרדות: אנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת, היא רק הופך (על פי חוק שימור האנרגיה) ולכן עלינו להשיג אותו מהסביבה ללא הרף. עם זאת, יש לכך גם מספר נקודות שליליות, מכיוון שאנו מפיצים כל הזמן חום באמצע, אנו תלויים בכך את הסביבה שלנו לכל המשימות הביולוגיות שלנו ואנחנו יכולים לחלות ולמות כתוצאה ישירה ממה שקורה אצלנו סביבה.

לעשות קצת סדר בכאוס המשתנה שהוא הסביבה, גופנו מציג סדרה של מנגנוני ויסות ביולוגיים ו / או פיזיולוגיים כדי לשמור על מצב פנימי יציב, ולפצות על שינויים שעלולים להתרחש בסביבה. בואו נראה איך הם.

• מאמר קשור: "10 ענפי הביולוגיה: יעדיהם ומאפייניהם"

מהו מנגנון רגולטורי?

בביולוגיה, מנגנון הוא הוא מערכת עם חלקים אשר מתקיימים באופן סיבתי, מה שמוליד תהליכים בעלי השפעה אחת או יותר על הסביבה, בין אם זה פנימי, חיצוני או שניהם

. מנגנון אחד יכול להיות התהליך שמוביל להזעתו של האדם ברגע חם (פיזיולוגיה), אך הברירה הטבעית או הסחף הגנטי נחשבים גם כמנגנונים, אם כי במקרה זה של טבע אֵבוֹלוּצִיוֹנִי.

בעולם המנגנונים הרגולטוריים, שום דבר אינו שחור או לבן, שכן ישויות ביולוגיות הן יצורים מורכבים ביותר (רב-קומפוננציאלית), שהמערכות שלהם נמצאות באינטראקציה ומשוב מתמשכים. מעבר למגוון שלה, ניתן להבחין בין שלוש רמות נהדרות במנגנונים הבסיסיים של יצור חי:

• מנגנונים גנטיים: הנמוך ביותר בהיררכיה. תפקוד הגנים והביטוי שלהם חיוניים, אך הם תואמים את המצע הבסיסי של כל מערכת.
• מנגנוני תפקוד תאיים: המנגנון הבא הוא זה הנוגע לתא, ולכן לאיברים ורקמות הגוף.
• מנגנונים עצביים ואנדוקריניים: הם מנגנוני הויסות המתקדמים ביותר בסולם האבולוציוני.

לכל היצורים החיים יש מנגנונים גנטיים, מכיוון שעל פי הגדרה, לתא חייב להיות גנום שישכפל את עצמו בהזדמנויות עתידיות (גם אם מדובר בכרומוזום אחד בלבד, כמו בחיידקים). מצד שני, כל ישות חיה חייבת להציג לפחות מנגנון ויסות סלולרי אחד, שכן היחידה הבסיסית החיים הם התא, אם כי הוא מרכיב את האורגניזם כולו (כמו במקרה של חיידקים וארכאים).

כמו שאתה יכול לדמיין שיא מנגנוני הוויסות הפיזיולוגיים (בלוטות ונוירונים, שהם חלק מה- מערכות אנדוקריניות ומערכת עצבים, בהתאמה) מוגבלת לבעלי החיים האבולוציוניים ביותר מורכבכיוון שאנחנו חוליות חולף, אם כי יש ליצורים חיים אחרים גם קשקשים עצביים ואנדוקריניים משלהם.

בנקודה זו יש לציין כי מעגלי רגולציה יכולים להציג שתי מערכות משוב (פידבקים): חיובי ושלילי. אנו מסבירים ממה הם מורכבים בצורה קצרה בשורות הבאות.

1. משוב שלילי

הפעם, מנגנון הוויסות מבקש לשמור על פרמטר X בשליטה בספקטרום מאוד ספציפי, קרוב תמיד לערך X0, שהוא האופטימום המקסימלי בסביבה ספציפית. ערכי הפרמטר X נאספים מהסביבה או מהסביבה הפנימית דרך ערוצי מידע (כגון קולטני תרמי ואחרים קבוצות עצבים) והמידע מובא למרכז המנגנון, שייצור תגובות המבוססות על הסביבה בצורה הטובה ביותר אפשרי.

2. משוב חיובי

במקרה זה הדברים משתנים. המטרה של מנגנוני ויסות משוב חיובי היא להגיע לנקודת האפקטיביות המקסימלית של פרמטר X, החורג מהערך X0, לאחר שהושגו תנאים מסוימים.

למרות שאנו נעים במושגים מורכבים למדי, ההבדל בין משוב שלילי למשוב חיובי קל מאוד להבנה: במקרה הראשון, המערכת מגיבה לכיוון הפוך לאות, כלומר היא נוטה "לייצב" את תפוקת המערכת כך שהיא תישאר במצב טוב קָבוּעַ. מצד שני, במשוב חיובי ההשפעות או התפוקות של המערכת גורמות להשפעות מצטברות בקלט. במקרה האחרון מדובר במערכת שמעצם הגדרתה מציגה נקודת שיווי משקל לא יציבה.

• אתה עשוי להתעניין ב: "12 המערכות של גוף האדם (ואיך הן עובדות)"

דוגמאות למנגנוני רגולציה

עברנו בין מושגים די-טבעיים, ולכן יהיה שימושי להדגים מעט מהו מנגנון ויסות מבחינה פיזיולוגית. בואו נגיד, למשל, שאנחנו רוצים להבין כיצד הזעה מתרחשת אצל בני אדם. לך על זה.

ראשית יש לציין כי הזעה היא מנגנון ויסות שמווסת מערכת העצבים הסימפתטית, האחראי לתפקודים רבים לא רצוניים בבני אדם. שֶׁלָנוּ היפותלמוס הוא מכיל נוירונים באזור הקדמי והטרום-אופטי המתמחים ברישום שינויים בטמפרטורה הפנימית ובפעילות קליפת המוח. לכן, כאשר מגיע המידע שיש עודף חום (יהיה זה פנימי או חיצוני), ה- ההיפותלמוס שולח את האות דרך סיבים כולינרגיים לבלוטות האקרין בכל העור כך להפריש זיעה.

הזיעה יוצאת דרך הנקבוביות המחברות את בלוטות האקרין עם העור. מכיוון שנוזלים זקוקים לחום להתאדות (אחרי הכל חום הוא אנרגיה), הם "תופסים" עודף טמפרטורת פני הגוף הזו, שגורם למערכת הכללית שלנו להפוך תירגע. באמצעות אידוי הזיעה, 27% מחום הגוף מתפזר, ולכן אין זה מפתיע שמנגנון זה מופעל במקרה של כל שינוי פיזי ו / או סביבתי..

במקרה זה אנו נמצאים ברמה התיאורטית לפני מנגנון ויסות משוב שלילי. האינטרס של האורגניזם הוא לשמור על טמפרטורת הגוף (פרמטר X) בטווח מתאים קרוב ככל האפשר לאידיאל, שבין 36 ל -37 מעלות. במערכת זו, המתחם הפונקציונאלי מגיב באופן הפוך לגירויים חיצוניים.

אם נהיה פילוסופיים אנו יכולים גם להבין את הברירה הטבעית או את הסחף הגנטי כמנגנונים רגולטוריים מנקודת מבט אבולוציונית. הברירה הטבעית מפעילה לחץ על המערכת הפתוחה שהיא אוכלוסייה, בוחרת את הגנים המועילים ביותר לטווח הארוך ומתעלמת מהגופים הפחות מסתגלים.

לדוגמא, חיה ממין ציפורים שנולדת (על ידי מוטציה דה נובו) עם מקור ארוך יותר גדול יותר מהשאר, יכול להיות שיהיה בו מתקן גדול יותר לצוד חרקים בין נביחות עצים. מכיוון שלישות חיה זו יש יתרון על פני השאר, היא תוכל להאכיל יותר, היא תגדל יותר ולכן, היא תהיה חזקה יותר בכל הנוגע להתחרות עם שאר הזכרים להתרבות. אם התכונה "מקור גדול" היא תורשתית, ניתן לצפות כי צאצאיה של אותה חיה יהיו קיימא יותר מהשאר.

לפיכך, לאורך הדורות תכונת "השיא הגדול" תגדל באוכלוסייה, שכן פשוט אלה המציגים אותה חיים זמן רב יותר ויש להם יותר הזדמנויות להתרבות. הברירה הטבעית משמשת כמנגנון ויסות אבולוציוני ברור במקרה זה, מכיוון ששיעור הגנים באוכלוסיה משתנה בהתאם להטלת הסביבה.

• אתה עשוי להתעניין ב: "תורת האבולוציה הביולוגית: מהי ומה היא מסבירה"

קורות חיים

כפי שראיתם, מנגנוני הרגולציה בעולם הביולוגיה חורגים הרבה יותר מוויסות תרמי או צריכת אנרגיה. החל מביטוי הגנים ועד התפתחות המינים, ניתן לסכם הכל במשוב חיובי או שלילי המבקש להגיע לנקודת יעילות מרבית, בשלב זה או אחר. בסופו של דבר, המטרה היא להשיג את האיזון הפנימי המרבי בכל דרך אפשרית, תוך התחשבות תמיד באילוצים סביבתיים.

הפניות ביבליוגרפיות:

• בכטל, וו. (2011). מנגנון והסבר ביולוגי. פילוסופיה של מדע, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., and McLauchlan, K. ל. (1996). מנגנון רדיקלים חופשיים להשפעות שדות אלקטרומגנטיים סביבתיים על מערכות ביולוגיות. כתב העת הבינלאומי לביולוגיה של קרינה, 69 (1), 3-24.
• אנדלר, י. ל. (2020). הברירה הטבעית בטבע. (MPB-21), כרך 21. הוצאת אוניברסיטת פרינסטון.
• גדגיל, מ 'ובוסרט, וו. ח. (1970). השלכות היסטוריות חיים של הברירה הטבעית. חוקר הטבע האמריקאי, 104 (935), 1-24.
• גודפרי-סמית ', פ. (2009). אוכלוסיות דרוויניות ומבחר טבעי. הוצאת אוניברסיטת אוקספורד.
• הייסטינגס, י. וו. וסוויני, ב. M. (1957). על מנגנון העצמאות לטמפרטורה בשעון ביולוגי. הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים של ארצות הברית של אמריקה, 43 (9), 804.
• לדנייב, וי. V. (1991). מנגנון אפשרי להשפעת שדות מגנטיים חלשים על מערכות ביולוגיות. ביואלקטרומגנטיקה, 12 (2), 71-75.
• ליי ג'וניור, ע. ז. (1970). הברירה הטבעית והשתנות. חוקר הטבע האמריקאי, 104 (937), 301-305.
• פרסון, ב. נ. י. (2003). על מנגנון ההדבקה במערכות ביולוגיות. כתב העת לפיזיקה כימית, 118 (16), 7614-7621.
• סטולמן, ל. פ. (2008). הזעת יתר: טיפול רפואי וכירורגי. מפליא, 8.