Regleringsmekanismer: vad de är och hur de får kroppen att fungera

Levande varelser, både djur och växter, är öppna system som kontinuerligt hämtar näringsämnen och gaser från miljön och utsöndrar avfall i vår miljö. Vad för oss är avföring, för andra mikroorganismer och ryggradslösa djur är suckulenta ämnen som blir en del av deras vävnader (organiskt material), vilket möjliggör fortsättning av kolcykeln i de trofiska kedjorna i ekosystem.

Att vara ett öppet system är nödvändigt för överlevnad: energi skapas inte eller förstörs, det är bara förvandlas (enligt energibesparingslagen) och därför måste vi få det från miljön ständigt. Detta har dock också flera negativa punkter, eftersom vi ständigt släpper ut värme i mitten är vi beroende av vår miljö för alla våra biologiska uppgifter och vi kan bli sjuka och dö som en direkt följd av vad som händer i vårt miljö.

För att få ordning på det föränderliga kaoset som är miljön, våra kroppar presenterar en serie biologiska och / eller fysiologiska regleringsmekanismer för att upprätthålla ett stabilt internt tillstånd och kompensera för förändringar som kan uppstå i miljön. Låt oss se hur de är.

• Relaterad artikel: "De tio grenarna av biologi: deras mål och egenskaper"

Vad är en regleringsmekanism?

I biologi är en mekanism är ett system med delar som interagerar kausalt och ger upphov till processer som har en eller flera effekter på miljön, vare sig det är internt, externt eller båda. En mekanism kan vara processen som leder till människans svett i ett varmt ögonblick (fysiologi), men naturligt selektion eller genetisk drift anses också vara mekanismer, även om det i detta fall är av natur evolutionära.

I världen av regleringsmekanismer är ingenting svart eller vitt sedan biologiska enheter är extremt komplexa varelser (multikomponentiella), vars system är i kontinuerlig interaktion och återkoppling. Utöver dess mångfald kan tre stora nivåer urskiljas i de levande varelsens underliggande mekanismer:

• Genetiska mekanismer: lägst i hierarkin. Genernas funktion och deras uttryck är väsentlig, men de motsvarar det basala substratet i alla system.
• Mekanismer för cellulär funktion: nästa mekanism är den som rör cellen, och därför kroppens organ och vävnader.
• Nervösa och endokrina mekanismer: de är de mest avancerade regleringsmekanismerna på den evolutionära skalan.

Alla levande varelser har genetiska mekanismer, för per definition måste en cell ha ett genom att självreplikera vid framtida tillfällen (även om det bara är en kromosom, som hos bakterier). Å andra sidan måste varje levande enhet presentera minst en cellulär regleringsmekanism, eftersom basenheten av livet är cellen, även om den utgör hela organismen (som är fallet med bakterier och archaea).

Som du kan föreställa dig toppen av fysiologiska regleringsmekanismer (körtlar och nervceller, som är en del av endokrina respektive nervsystemet) är begränsade till de mest evolutionära djuren komplex, eftersom vi är ryggradsdjur, även om andra levande varelser också har sina egna nervösa och endokrina skalor.

Vid denna tidpunkt bör det noteras att reglerkretsar kan presentera två återkopplingssystem (återkopplingar): positiva och negativa. Vi förklarar kort vad de består av i följande rader.

1. Negativ feedback

Den här gången, regleringsmekanismen försöker hålla en parameter X under kontroll i ett mycket specifikt spektrum, alltid nära värdet X0, vilket är det maximala optimala i en specifik miljö. Värdena för parametern X samlas in från miljön eller den interna miljön genom informationskanaler (såsom termoreceptorer och andra nervgrupper) och informationen förts till centrum av mekanismen, vilket kommer att generera svar baserade på miljön på bästa sätt möjlig.

2. Positiv feedback

I det här fallet förändras saker. Målet med mekanismer för positiv återkopplingsreglering är nå den maximala effektivitetspunkten för parameter X, avviker från värdet X0, när vissa villkor har uppnåtts.

Även om vi rör oss i ganska komplexa begrepp är skillnaden mellan en negativ och en positiv feedback mycket lätt att förstå: i det första fallet är Systemet svarar i en riktning motsatt signalen, det vill säga det tenderar att "stabilisera" systemets utgång så att det förblir i gott skick. konstant. Å andra sidan, i positiv återkoppling orsakar effekter eller utdata från ett system kumulativa effekter vid ingången. I det senare fallet är det ett system som per definition presenterar en instabil jämviktspunkt.

• Du kanske är intresserad av: "De 12 systemen i människokroppen (och hur de fungerar)"

Exempel på regleringsmekanismer

Vi har gått mellan ganska eteriska begrepp, så det kommer att vara användbart att exemplifiera lite vad en regleringsmekanism är ur fysiologisk synvinkel. Låt oss till exempel säga att vi vill förstå hur svettning sker hos människor. Gör det.

Först och främst bör det noteras att svettning är en regleringsmekanism som moduleras av det sympatiska nervsystemet, som är ansvarig för många ofrivilliga funktioner hos människor. Vår hypotalamus den innehåller nervceller i det främre och preoptiska området som är specialiserat på att registrera förändringar i den inre temperaturen och i hjärnbarkens aktivitet. Därför, när informationen kommer att det finns ett överskott av värme (vare sig det är internt eller externt), hypotalamus skickar signalen genom kolinerge fibrer till ekriska körtlar i hela huden så att utsöndrar svett.

Svetten kommer ut genom porerna som förbinder ekriska körtlar med huden. Eftersom vätskor behöver värme för att avdunsta (trots allt är värme energi), de "fångar" denna överskott av kroppstemperatur, vilket får vårt allmänna system att bli kyla ner. Genom avdunstning av svett försvinner 27% av kroppsvärmen, så det är inte förvånande att denna mekanism aktiveras i händelse av någon fysisk och / eller miljömässig variation..

I det här fallet befinner vi oss på en teoretisk nivå före en mekanism för reglering av negativ feedback. Organismens intresse är att hålla kroppstemperaturen (parameter X) i ett lämpligt område så nära idealet som möjligt, som ligger mellan 36 och 37 grader. I detta system reagerar det funktionella komplexet omvänt på yttre stimuli.

Om vi ​​blir filosofiska vi kan också tänka oss naturligt selektion eller genetisk drift som regleringsmekanismer ur en evolutionär synvinkel. Naturligt urval utövar tryck på det öppna systemet som är en population, väljer de gener som är mest fördelaktiga på lång sikt och bortser från de minst adaptiva.

Till exempel ett djur av en fågelart som är född (av en de novo-mutation) med en längre näbb större än resten, kan det ha en större möjlighet att jaga insekter bland skälen på träd. Eftersom detta levande väsen har en fördel i förhållande till resten, kommer det att kunna mata mer, det kommer att växa mer och därför kommer det att bli starkare när det gäller att konkurrera med resten av männen för att reproducera. Om den "stora näbb" -egenskapen är ärftlig, kan det förväntas att avkomman till det djuret kommer att vara mer livskraftigt än resten.

Således under generationerna skulle den "stora topp" -egenskapen öka i befolkningen, eftersom helt enkelt de som presenterar den lever längre och har fler möjligheter att reproducera. Naturligt urval fungerar som en tydlig evolutionär regleringsmekanism i det här fallet, eftersom andelen gener i en befolkning varierar beroende på miljön.

• Du kanske är intresserad av: "Teorin om biologisk evolution: vad det är och vad det förklarar"

Återuppta

Som du kanske har sett går regleringsmekanismer i biologivärlden långt utöver termoreglering eller energiförbrukning. Från generens uttryck till artens utveckling kan allt sammanfattas i en positiv eller negativ feedback som syftar till att nå en maximal effektivitetspunkt, vid ett eller annat tillfälle. I slutändan är målet att uppnå maximal intern balans på alla möjliga sätt, alltid med hänsyn till miljöhinder.

Bibliografiska referenser:

• Bechtel, W. (2011). Mekanism och biologisk förklaring. Vetenskapsfilosofi, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B., & McLauchlan, K. TILL. (1996). Fria radikala mekanismer för effekterna av elektromagnetiska miljöfält på biologiska system. Internationell tidskrift för strålningsbiologi, 69 (1), 3-24.
• Endler, J. TILL. (2020). Natural Selection in the Wild. (MPB-21), Volym 21. Princeton University Press.
• Gadgil, M., & Bossert, W. H. (1970). Livshistoriska konsekvenser av naturligt urval. The American Naturalist, 104 (935), 1-24.
• Godfrey-Smith, P. (2009). Darwinska befolkningar och naturligt urval. Oxford University Press.
• Hastings, J. W., & Sweeney, B. M. (1957). Om mekanismen för temperaturoberoende i en biologisk klocka. Proceedings of the National Academy of Sciences i Amerikas förenta stater, 43 (9), 804.
• Lednev, V. V. (1991). Möjlig mekanism för påverkan av svaga magnetfält på biologiska system. Bioelektromagnetik, 12 (2), 71-75.
• Leigh Jr, E. G. (1970). Naturligt urval och förändring. The American Naturalist, 104 (937), 301-305.
• Persson, B. N. J. (2003). Om mekanismen för vidhäftning i biologiska system. Journal of chemical physics, 118 (16), 7614-7621.
• Stolman, L. P. (2008). Hyperhidros: medicinsk och kirurgisk behandling. Eplasty, 8.