Reguleringsmekanismer: hva de er og hvordan de får kroppen til å fungere

Levende vesener, både dyr og planter, er åpne systemer som kontinuerlig skaffer næringsstoffer og gasser fra miljøet og skiller ut avfall i vårt miljø. Det for oss er avføring, for andre mikroorganismer og virvelløse dyr er sukkulente stoffer som blir en del av deres vev (organisk materiale), slik at det blir mulig å fortsette karbonsyklusen i trofiske kjeder av økosystemer.

Å være et åpent system er nødvendig for å overleve: energi blir verken skapt eller ødelagt, det er bare transformerer (i henhold til energibesparelsesloven), og derfor må vi få det fra miljøet kontinuerlig. Dette har imidlertid også flere negative poeng, ettersom vi stadig sprer varmen i midten, er vi avhengige av miljøet vårt for alle våre biologiske oppgaver, og vi kan bli syke og dø som en direkte konsekvens av det som skjer i vår miljø.

For å sette litt orden i det skiftende kaoset som er miljøet, kroppene våre presenterer en rekke biologiske og / eller fysiologiske reguleringsmekanismer for å opprettholde en stabil intern tilstand, kompensere for endringer som kan forekomme i miljøet. La oss se hvordan de er.

• Relatert artikkel: "De 10 grenene av biologi: deres mål og egenskaper"

Hva er en reguleringsmekanisme?

I biologi er en mekanisme er et system med deler som samhandler kausalt, og som gir opphav til prosesser som har en eller flere effekter på miljøet, det være seg internt, eksternt eller begge deler. En mekanisme kan være prosessen som fører til menneskets svette i et varmt øyeblikk (fysiologi), men naturlig seleksjon eller genetisk drift blir også betraktet som mekanismer, selv om det i dette tilfellet er en evolusjonær.

I en verden av reguleringsmekanismer er ingenting svart eller hvitt siden biologiske enheter er ekstremt komplekse vesener (multikomponentielle), hvis systemer er i kontinuerlig interaksjon og tilbakemelding. Utover mangfoldet kan tre store nivåer skilles ut i de underliggende mekanismene til et levende vesen:

• Genetiske mekanismer: lavest i hierarkiet. Genenes funksjon og deres uttrykk er viktig, men de tilsvarer basissubstratet i ethvert system.
• Mekanismer for cellulær funksjon: den neste mekanismen er den som gjelder cellen, og derfor kroppens organer og vev.
• Nerve- og endokrine mekanismer: de er de mest avanserte reguleringsmekanismene på evolusjonær skala.

Alle levende vesener har genetiske mekanismer, for per definisjon må en celle ha et genom for å replikere seg selv ved fremtidige anledninger (selv om det bare er ett kromosom, som i bakterier). På den annen side må hver levende enhet presentere minst en cellulær reguleringsmekanisme siden basisenheten av livet er cellen, selv om den utgjør hele organismen (som det er tilfelle med bakterier og archaea).

Som du kan forestille deg toppen av fysiologiske reguleringsmekanismer (kjertler og nevroner, som er en del av endokrine og nervesystem, henholdsvis) er begrenset til de mest evolusjonære dyrene komplisert, ettersom vi er virveldyr, selv om andre levende vesener også har sine egne nervøse og endokrine skalaer.

På dette tidspunktet bør det bemerkes at regulatoriske kretser kan presentere to tilbakemeldingssystemer (tilbakemeldinger): positive og negative. Vi forklarer hva de består av på en kort måte i de følgende linjene.

1. Negativ tilbakemelding

Denne gangen, reguleringsmekanismen søker å holde en parameter X under kontroll i et veldig spesifikt spektrum, alltid nær verdien X0, som er det maksimale optimale i et bestemt miljø. Verdiene til parameteren X samles fra miljøet eller det indre miljøet gjennom informasjonskanaler (for eksempel termoreseptorer og andre nervegrupper) og informasjonen blir brakt til sentrum av mekanismen, som vil generere svar basert på miljøet på den beste måten mulig.

2. Positive tilbakemeldinger

I dette tilfellet endrer ting seg. Målet med positive tilbakemeldingsmekanismer er når det maksimale effektivitetspunktet til parameter X, avviket fra verdien X0, når visse betingelser er nådd.

Selv om vi beveger oss i ganske komplekse begreper, er forskjellen mellom en negativ og en positiv tilbakemelding veldig lett å forstå: i det første tilfellet er systemet reagerer på en motsatt retning av signalet, det vil si at det har en tendens til å "stabilisere" utgangen fra systemet slik at det forblir i god stand. konstant. På den annen side, i positiv tilbakemelding, forårsaker effektene eller utgangene til et system kumulative effekter ved inngangen. I sistnevnte tilfelle er det et system som per definisjon presenterer et ustabilt likevektspunkt.

• Du kan være interessert i: "De 12 systemene i menneskekroppen (og hvordan de fungerer)"

Eksempler på reguleringsmekanismer

Vi har beveget oss mellom ganske eteriske begreper, så det vil være nyttig å eksemplifisere litt hva en reguleringsmekanisme er fra et fysiologisk synspunkt. La oss for eksempel si at vi ønsker å forstå hvordan svette forekommer hos mennesker. Gå for det.

Først og fremst bør det bemerkes at svetting er en reguleringsmekanisme modulert av det sympatiske nervesystemet, som er ansvarlig for mange ufrivillige funksjoner hos mennesker. Våre hypotalamus den inneholder nevroner i det fremre og preoptiske området som er spesialisert i å registrere endringer i indre temperatur og i aktiviteten til hjernebarken. Derfor, når informasjonen kommer om at det er et overskudd av varme (det være seg internt eller eksternt), hypothalamus sender signalet gjennom kolinerge fibre til ekskrine kjertler gjennom hele huden slik at skille ut svette.

Svette kommer ut gjennom porene som forbinder ekskrine kjertler med huden. Siden væske trenger varme for å fordampe (tross alt er varme energi), "fanger" de denne overflødige kroppstemperaturen, som får vårt generelle system til å bli ro deg ned. Gjennom fordampning av svette blir 27% av kroppsvarmen spredt, så det er ikke overraskende at denne mekanismen aktiveres i tilfelle fysisk eller miljømessig variasjon..

I dette tilfellet er vi på et teoretisk nivå foran en negativ tilbakemeldingsreguleringsmekanisme. Organismens interesse er å holde kroppstemperaturen (parameter X) i et passende område så nær idealet som mulig, som er mellom 36 og 37 grader. I dette systemet reagerer det funksjonelle komplekset omvendt på eksterne stimuli.

Hvis vi blir filosofiske vi kan også tenke oss naturlig seleksjon eller genetisk drift som reguleringsmekanismer fra et evolusjonært synspunkt. Naturlig seleksjon utøver press på det åpne systemet som er en populasjon, og velger de gener som er mest gunstige på lang sikt og ser bort fra de minst tilpasningsdyktige.

For eksempel et dyr av en fugleart som er født (av en de novo-mutasjon) med et lengre nebb større enn resten, kan det ha et større anlegg for å jakte på insekter blant bjeffene trær. Ettersom dette levende vesenet har en fordel i forhold til resten, vil det være i stand til å mate mer, det vil vokse mer, og derfor vil det være sterkere når man konkurrerer med resten av mennene om å reprodusere. Hvis den “store nebbet” -egenskapen er arvelig, kan det forventes at avkommet til det dyret vil være mer levedyktig enn resten.

I løpet av generasjonene vil den "store topp" -egenskapen øke i befolkningen, siden de som presenterer den lever lenger og har flere muligheter til å reprodusere. Naturlig seleksjon fungerer som en klar evolusjonær reguleringsmekanisme i dette tilfellet, siden andelen gener i en populasjon varierer i henhold til innføringen av miljøet.

• Du kan være interessert i: "Teorien om biologisk evolusjon: hva den er og hva den forklarer"

Gjenoppta

Som du kanskje har sett, går reguleringsmekanismer i biologiens verden langt utover termoregulering eller energiforbruk. Fra uttrykk for gener til evolusjon av arten, kan alt oppsummeres i en positiv eller negativ tilbakemelding som søker å nå et maksimalt effektivitetspunkt, på et eller annet tidspunkt. Til slutt er målet å oppnå maksimal intern balanse på alle mulige måter, alltid med hensyn til miljømessige begrensninger.

Bibliografiske referanser:

• Bechtel, W. (2011). Mekanisme og biologisk forklaring. Vitenskapsfilosofi, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., og McLauchlan, K. TIL. (1996). Friradikalmekanisme for effekten av miljømessige elektromagnetiske felt på biologiske systemer. Internasjonal journal for strålingsbiologi, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. TIL. (2020). Natural Selection in the Wild. (MPB-21), bind 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M., & Bossert, W. H. (1970). Livshistoriske konsekvenser av naturlig utvalg. The American Naturalist, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinistiske populasjoner og naturlig utvalg. Oxford University Press.
• Hastings, J. W., & Sweeney, B. M. (1957). På mekanismen for temperaturuavhengighet i en biologisk klokke. Proceedings of the National Academy of Sciences i De forente stater, 43 (9), 804.
• Lednev, V. V. (1991). Mulig mekanisme for påvirkning av svake magnetfelt på biologiske systemer. Bioelektromagnetikk, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr, E. G. (1970). Naturlig seleksjon og mutabilitet. The American Naturalist, 104 (937), 301-305.
• Persson, B. N. J. (2003). På mekanismen for vedheft i biologiske systemer. The Journal of chemical physics, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. P. (2008). Hyperhidrose: medisinsk og kirurgisk behandling. Eplasty, 8.