Mechanizmy regulacyjne: czym są i jak sprawiają, że organizm działa

Żywe istoty, zarówno zwierzęta, jak i rośliny, to otwarte systemy, które pozyskują składniki odżywcze i gazy ze środowiska oraz w sposób ciągły wydalają substancje odpadowe w naszym środowisku. Czym dla nas są kał, dla innych mikroorganizmów i bezkręgowców są soczyste substancje, które stają się częścią ich tkanki (materia organiczna), umożliwiając w ten sposób kontynuację cyklu węglowego w łańcuchach troficznych ekosystemy.

Bycie systemem otwartym jest niezbędne do przetrwania: energia nie jest ani tworzona, ani niszczona, jest tylko transformuje (zgodnie z prawem zachowania energii) i dlatego musimy ją pozyskiwać z otoczenia nieustannie. Jednak ma to również kilka negatywnych punktów, ponieważ stale rozpraszamy ciepło w środku, od którego jesteśmy zależni nasze środowisko dla wszystkich naszych biologicznych zadań i możemy zachorować i umrzeć jako bezpośrednia konsekwencja tego, co dzieje się w naszym środowisko.

Aby uporządkować zmieniający się chaos, jakim jest otoczenie, nasze ciała prezentują szereg biologicznych i/lub fizjologicznych mechanizmów regulacyjnych

utrzymanie stabilnego stanu wewnętrznego, kompensującego zmiany, jakie mogą zachodzić w środowisku. Zobaczmy, jak się mają.

• Powiązany artykuł: „10 gałęzi biologii: ich cele i charakterystyka”

Czym jest mechanizm regulacyjny?

W biologii mechanizmem jest system z częściami, które współdziałają przyczynowo, powodując procesy, które mają jeden lub więcej skutków na środowisko, czy to wewnętrzne, zewnętrzne, czy oba. Jednym z mechanizmów może być proces, który prowadzi do potu człowieka w gorącym momencie (fizjologia), ale dobór naturalny lub dryf genetyczny są również uważane za mechanizmy, chociaż w tym przypadku natury ewolucyjny.

W świecie mechanizmów regulacyjnych nic nie jest czarne ani białe, ponieważ byty biologiczne to byty niezwykle złożone (wieloskładnikowe), których systemy są w ciągłej interakcji i sprzężeniu zwrotnym. Poza jego różnorodnością można wyróżnić trzy wielkie poziomy w podstawowych mechanizmach żywej istoty:

• Mechanizmy genetyczne: najniższy w hierarchii. Funkcjonowanie genów i ich ekspresja są niezbędne, ale odpowiadają one podstawowemu substratowi każdego systemu.
• Mechanizmy funkcjonowania komórek: następny mechanizm to ten, który dotyczy komórki, a więc narządów i tkanek organizmu.
• Mechanizmy nerwowe i hormonalne: są najbardziej zaawansowanymi mechanizmami regulacyjnymi w skali ewolucyjnej.

Wszystkie żywe istoty mają mechanizmy genetyczne, ponieważ z definicji komórka musi mieć genom, aby w przyszłości mogła się samoreplikować (nawet jeśli jest to tylko jeden chromosom, jak u bakterii). Z drugiej strony każda żywa istota musi wykazywać przynajmniej jeden mechanizm regulacji komórkowej, ponieważ jednostka podstawowa życia jest komórką, chociaż tworzy cały organizm (jak w przypadku bakterii i archeonów).

Jak możesz sobie wyobrazić szczyt fizjologicznych mechanizmów regulacyjnych (gruczoły i neurony, które są częścią układ hormonalny i nerwowy) są ograniczone do najbardziej ewolucyjnie zwierząt złożony, ponieważ jesteśmy kręgowcami, chociaż inne żywe istoty również mają własne łuski nerwowe i endokrynologiczne.

W tym miejscu należy zauważyć, że układy regulacyjne mogą prezentować dwa systemy sprzężenia zwrotnego (sprzężenia zwrotnego): dodatni i ujemny. W kolejnych wierszach krótko wyjaśniamy, na czym one polegają.

1. Negatywna opinia

Tym razem, mechanizm regulacji dąży do kontrolowania parametru X w bardzo specyficznym spektrum, zawsze zbliżonym do wartości X0, który jest maksymalnym optimum w określonym środowisku. Wartości parametru X zbierane są z otoczenia lub środowiska wewnętrznego poprzez kanały informacyjne (takie jak termoreceptory i inne) grup nerwowych) a informacja trafia do centrum mechanizmu, który w najlepszy sposób wygeneruje odpowiedzi w oparciu o otoczenie możliwy.

2. Pozytywne opinie

W tym przypadku wszystko się zmienia. Celem mechanizmów regulacji pozytywnego sprzężenia zwrotnego jest: osiągnąć maksymalny punkt skuteczności parametru X, odbiegającego od wartości X0, po spełnieniu określonych warunków;.

Chociaż poruszamy się w dość skomplikowanych pojęciach, różnica między negatywną a pozytywną informacją zwrotną jest bardzo łatwa do zrozumienia: w pierwszym przypadku system reaguje na kierunek przeciwny do sygnału, czyli dąży do „stabilizacji” wyjścia systemu tak, aby pozostało w dobrym stanie. stały. Z drugiej strony, w przypadku pozytywnego sprzężenia zwrotnego, efekty lub wyjścia systemu powodują skumulowane efekty na wejściu. W tym drugim przypadku jest to układ, który z definicji przedstawia niestabilny punkt równowagi.

• Możesz być zainteresowany: „12 systemów ludzkiego ciała (i jak one działają)”

Przykłady mechanizmów regulacyjnych

Poruszaliśmy się między dość eterycznymi koncepcjami, więc warto trochę zilustrować, czym jest mechanizm regulacyjny z fizjologicznego punktu widzenia. Powiedzmy na przykład, że chcemy zrozumieć, jak pocenie się u ludzi. Idź po to.

Przede wszystkim należy zauważyć, że pocenie się jest mechanizmem regulacyjnym modulowanym przez współczulny układ nerwowy, który odpowiada za wiele mimowolnych funkcji u ludzi. Nasz podwzgórze zawiera neurony w obszarze przednim i przedwzrokowym wyspecjalizowane w rejestrowaniu zmian temperatury wewnętrznej i aktywności kory mózgowej. Dlatego, gdy nadejdzie informacja, że ​​występuje nadmiar ciepła (zarówno wewnętrznego, jak i zewnętrznego), podwzgórze wysyła sygnał przez włókna cholinergiczne do gruczołów ekrynowych w całej skórze, dzięki czemu wydalają pot.

Pot wydostaje się przez pory łączące gruczoły ekrynowe ze skórą. Ponieważ płyny potrzebują ciepła do odparowania (w końcu ciepło to energia), „łapią” ta nadmierna temperatura powierzchni ciała, która powoduje, że nasz system staje się ochłonąć. Poprzez parowanie potu rozpraszane jest 27% ciepła ciała, nic więc dziwnego, że mechanizm ten jest aktywowany w przypadku jakichkolwiek zmian fizycznych i/lub środowiskowych..

W tym przypadku jesteśmy na poziomie teoretycznym przed mechanizmem regulacji negatywnego sprzężenia zwrotnego. W interesie organizmu jest utrzymywanie temperatury ciała (parametr X) w odpowiednim zakresie jak najbardziej zbliżonym do ideału, czyli pomiędzy 36 a 37 stopni. W tym układzie kompleks funkcjonalny reaguje odwrotnie na bodźce zewnętrzne.

Jeśli zaczniemy filozofować możemy również wyobrazić sobie dobór naturalny lub dryf genetyczny jako mechanizmy regulacyjne z ewolucyjnego punktu widzenia. Dobór naturalny wywiera presję na system otwarty, czyli populację, wybierając geny najkorzystniejsze w dłuższej perspektywie i ignorując te najmniej adaptacyjne.

Na przykład zwierzę z gatunku ptaka, które rodzi się (w wyniku mutacji de novo) z dłuższym dziobem większy niż reszta, mógłby mieć większą łatwość polowania na owady wśród kory drzewa. Ponieważ ta żywa istota ma przewagę nad resztą, będzie mogła więcej żerować, będzie rosła i tym samym będzie silniejsza, jeśli chodzi o konkurowanie z resztą samców o rozmnażanie. Jeśli cecha „dużego dzioba” jest dziedziczna, należy oczekiwać, że potomstwo tego zwierzęcia będzie bardziej żywotne niż reszta.

Tak więc z biegiem pokoleń cecha „dużego szczytu” wzrastałaby w populacji, ponieważ po prostu ci, którzy ją prezentują, żyją dłużej i mają więcej możliwości rozmnażania. Dobór naturalny działa w tym przypadku jako wyraźny ewolucyjny mechanizm regulacji, ponieważ proporcja genów w populacji zmienia się w zależności od narzuconych warunków środowiska.

• Możesz być zainteresowany: „Teoria ewolucji biologicznej: co to jest i co wyjaśnia”

Wznawianie

Jak zapewne zauważyłeś, mechanizmy regulacyjne w świecie biologii wykraczają daleko poza termoregulację czy zużycie energii. Od ekspresji genów po ewolucję gatunku, wszystko można podsumować w pozytywnym lub negatywnym sprzężeniu zwrotnym, które ma na celu osiągnięcie maksymalnego punktu skuteczności, w takim czy innym miejscu. Ostatecznie celem jest osiągnięcie maksymalnej równowagi wewnętrznej w każdy możliwy sposób, zawsze z uwzględnieniem ograniczeń środowiskowych.

Odniesienia bibliograficzne:

• Bechtel, W. (2011). Mechanizm i wyjaśnienie biologiczne. Filozofia nauki, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B. i McLauchlan, K. DO. (1996). Wolnorodnikowy mechanizm wpływu środowiskowych pól elektromagnetycznych na układy biologiczne. Międzynarodowe czasopismo biologii radiacyjnej, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. DO. (2020). Dobór naturalny na wolności (MPB-21), tom 21. Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton.
• Gadgil M. i Bossert W. H. (1970). Życiowe konsekwencje doboru naturalnego. Amerykański przyrodnik, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Populacje darwinowskie a dobór naturalny. Oxford University Press.
• Hastings, J. W. i Sweeney, B. M. (1957). O mechanizmie niezależności temperatury w zegarze biologicznym. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (9), 804.
• Lednewa, W. V. (1991). Możliwy mechanizm wpływu słabych pól magnetycznych na układy biologiczne. Bioelektromagnetyka, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr. SOL. (1970). Dobór naturalny i zmienność. Amerykański przyrodnik, 104 (937), 301-305.
• Osoba, B. N. JOT. (2003). O mechanizmie adhezji w układach biologicznych. Dziennik fizyki chemicznej, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. str. (2008). Nadpotliwość: leczenie zachowawcze i chirurgiczne. Eplastyk, 8.