Регулирующие механизмы: что это такое и как заставляют работать организм

Живые существа, как животные, так и растения, представляют собой открытые системы, которые постоянно получают питательные вещества и газы из окружающей среды и выделяют ненужные вещества из окружающей среды. Что для нас кал, для других микроорганизмов и беспозвоночных - сочные вещества, входящие в состав их ткани (органическое вещество), что позволяет продолжить углеродный цикл в трофических цепях экосистемы.

Открытая система необходима для выживания: энергия не создается и не уничтожается, она только трансформируется (согласно закону сохранения энергии) и, следовательно, мы должны получить ее из окружающей среды постоянно. Однако у этого также есть несколько отрицательных моментов, так как мы постоянно рассеиваем тепло в середине, мы зависим от окружающую среду для всех наших биологических задач, и мы можем заболеть и умереть как прямое следствие того, что происходит в нашем среда.

Чтобы навести порядок в меняющемся хаосе окружающей среды, наши тела представляют собой ряд биологических и / или физиологических регуляторных механизмов

для поддержания стабильного внутреннего состояния, компенсируя изменения, которые могут произойти в окружающей среде. Посмотрим как они.

• Связанная статья: «10 разделов биологии: их цели и характеристики»

Что такое регуляторный механизм?

В биологии механизм система с частями, которые взаимодействуют причинно, вызывая процессы, которые оказывают одно или несколько эффектов на окружающую среду, будь то внутреннее, внешнее или и то, и другое.. Одним из механизмов может быть процесс, который приводит к поту человека в жаркий момент (физиология), но естественный отбор или генетический дрейф также считаются механизмами, хотя в данном случае эволюционный.

В мире регуляторных механизмов нет ничего черного или белого, поскольку Биологические сущности - чрезвычайно сложные существа (многокомпонентные), системы которых находятся в постоянном взаимодействии и обратной связи.. Помимо разнообразия, в основных механизмах живого существа можно выделить три больших уровня:

• Генетические механизмы: самый низкий в иерархии. Функционирование генов и их экспрессия важны, но они соответствуют базовому субстрату любой системы.
• Механизмы клеточного функционирования: следующий механизм касается клетки и, следовательно, органов и тканей тела.
• Нервные и эндокринные механизмы: они являются наиболее продвинутыми регуляторными механизмами на эволюционном уровне.

Все живые существа имеют генетические механизмы, потому что по определению клетка должна иметь геном для самовоспроизведения в будущем (даже если это только одна хромосома, как у бактерий). С другой стороны, каждое живое существо должно иметь хотя бы один механизм клеточной регуляции, поскольку основная единица жизни - это клетка, хотя она составляет весь организм (как в случае с бактериями и археями).

Как вы понимаете вершина физиологических регуляторных механизмов (железы и нейроны, которые являются частью эндокринная и нервная системы соответственно) ограничивается наиболее эволюционно животными сложный, поскольку мы позвоночные животные, хотя и у других живых существ тоже есть свои нервные и эндокринные шкалы.

Здесь следует отметить, что регулирующие цепи могут представлять две системы обратной связи (обратной связи): положительную и отрицательную. Мы кратко объясним, из чего они состоят, в следующих строках.

1. Негативный отзыв

Этот раз, механизм регулирования стремится держать параметр X под контролем в очень специфическом спектре, всегда близком к значению X0, что является максимальным оптимумом в конкретной среде. Значения параметра X собираются из окружающей или внутренней среды через информационные каналы (например, терморецепторы и другие нервные группы), и информация передается в центр механизма, который будет генерировать ответы, основанные на окружающей среде, наилучшим образом возможный.

2. Положительный отзыв

В этом случае все меняется. Целью механизмов регулирования положительной обратной связи является: достичь максимальной точки эффективности параметра X, отклонившись от значения X0, при достижении определенных условий.

Хотя мы используем довольно сложные концепции, разницу между отрицательной и положительной обратной связью очень легко понять: в первом случае Система реагирует в направлении, противоположном сигналу, то есть стремится «стабилизировать» выходной сигнал системы, чтобы он оставался в хорошем состоянии. постоянный. С другой стороны, при положительной обратной связи эффекты или выходы системы вызывают кумулятивные эффекты на входе. В последнем случае это система, которая по определению представляет собой неустойчивую точку равновесия.

• Вам может быть интересно: «12 систем человеческого тела (и как они работают)»

Примеры регуляторных механизмов

Мы переместились между довольно неземными концепциями, поэтому будет полезно немного проиллюстрировать, что такое регуляторный механизм с физиологической точки зрения. Скажем, например, что мы хотим понять, как потоотделение возникает у людей. Действуй.

Прежде всего, следует отметить, что потоотделение - это регуляторный механизм, регулируемый симпатической нервной системой, которая отвечает за многие непроизвольные функции у людей.. Наш гипоталамус Он содержит нейроны в передней и преоптической областях, специализирующиеся на регистрации изменений внутренней температуры и активности коры головного мозга. Следовательно, когда поступает информация о наличии избытка тепла (будь то внутреннее или внешнее), гипоталамус посылает сигнал через холинергические волокна к эккринным железам по всей коже, чтобы выделяют пот.

Пот выходит через поры, соединяющие экзокринные железы с кожей. Поскольку жидкостям требуется тепло для испарения (в конце концов, тепло - это энергия), они «улавливают» эта избыточная температура поверхности тела, которая заставляет нашу общую систему становиться остывать. За счет испарения пота рассеивается 27% тепла тела, поэтому неудивительно, что этот механизм активируется в случае каких-либо физических изменений и / или изменений окружающей среды..

В этом случае мы находимся на теоретическом уровне перед механизмом регулирования отрицательной обратной связи. Организм заинтересован в поддержании температуры тела (параметр X) в подходящем диапазоне, максимально приближенном к идеальному, который составляет от 36 до 37 градусов. В этой системе функциональный комплекс обратно пропорционально реагирует на внешние раздражители.

Если мы станем философскими мы также можем рассматривать естественный отбор или генетический дрейф как регуляторные механизмы с эволюционной точки зрения. Естественный отбор оказывает давление на открытую систему, то есть на популяцию, отбирая гены, которые наиболее полезны в долгосрочной перспективе, и игнорируя наименее адаптивные.

Например, животное вида птиц, рожденное (в результате мутации de novo) с более длинным клювом. больше, чем остальные, он мог бы иметь больше возможностей для охоты на насекомых среди коры деревья. Поскольку у этого живого существа есть преимущество перед остальными, оно сможет больше кормить, оно будет больше расти и, следовательно, станет сильнее, когда дело доходит до конкуренции с остальными самцами за воспроизводство. Если признак «большой клюв» передается по наследству, то потомство этого животного будет более жизнеспособным, чем остальные.

Таким образом, из поколения в поколение признак «большого пика» будет увеличиваться в популяции, поскольку просто те, кто его представляет, живут дольше и имеют больше возможностей для воспроизводства. В этом случае естественный отбор действует как четкий механизм эволюционного регулирования, поскольку доля генов в популяции варьируется в зависимости от условий окружающей среды.

• Вам может быть интересно: «Теория биологической эволюции: что это такое и что объясняет»

Резюме

Как вы могли заметить, механизмы регулирования в мире биологии выходят далеко за рамки терморегуляции или потребления энергии. От экспрессии генов до эволюции видов - все можно резюмировать в виде положительной или отрицательной обратной связи, направленной на достижение максимальной эффективности., в тот или иной момент. В конце концов, цель - всеми возможными способами достичь максимального внутреннего баланса, всегда принимая во внимание ограничения окружающей среды.

Библиографические ссылки:

• Бехтель, В. (2011). Механизм и биологическое объяснение. Философия науки, 78 (4), 533-557.
• Броклхерст, Б., и Маклаучлан, К. К. (1996). Свободнорадикальный механизм воздействия электромагнитных полей окружающей среды на биологические системы. Международный журнал радиационной биологии, 69 (1), 3-24.
• Эндлер, Дж. К. (2020). Естественный отбор в дикой природе. (MPB-21), Volume 21. Издательство Принстонского университета.
• Гэджил, М., и Боссерт, В. ЧАС. (1970). Жизненно-исторические последствия естественного отбора. Американский натуралист, 104 (935), 1-24.
• Годфри-Смит, П. (2009). Дарвиновские популяции и естественный отбор. Издательство Оксфордского университета.
• Гастингс, Дж. У. и Суини Б. М. (1957). О механизме температурной независимости в биологических часах. Слушания Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки, 43 (9), 804.
• Леднев, В. В. (1991). Возможный механизм воздействия слабых магнитных полей на биологические системы. Биоэлектромагнетизм, 12 (2), 71-75.
• Ли-младший, Э. ГРАММ. (1970). Естественный отбор и изменчивость. Американский натуралист, 104 (937), 301-305.
• Перссон, Б. Н. Дж. (2003). О механизме адгезии в биологических системах. Журнал химической физики, 118 (16), 7614-7621.
• Столман, Л. П. (2008). Гипергидроз: медикаментозное и хирургическое лечение. Эпластика, 8.