กลไกการกำกับดูแล: มันคืออะไรและทำให้ร่างกายทำงานอย่างไร

สิ่งมีชีวิตทั้งสัตว์และพืชเป็นระบบเปิดที่ได้รับสารอาหารและก๊าซจากสิ่งแวดล้อมและขับของเสียในสภาพแวดล้อมของเราอย่างต่อเนื่อง สำหรับเราคืออุจจาระสำหรับจุลินทรีย์และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังอื่น ๆ เป็นสารที่ชุ่มฉ่ำซึ่งกลายเป็นส่วนหนึ่งของ เนื้อเยื่อของพวกมัน (สารอินทรีย์) จึงปล่อยให้วัฏจักรคาร์บอนดำเนินต่อไปภายในห่วงโซ่อาหารของ ระบบนิเวศ

การเป็นระบบเปิดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอด: พลังงานไม่ได้ถูกสร้างขึ้นหรือถูกทำลาย แต่เป็นเพียง เปลี่ยนแปลง (ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน) ดังนั้น เราจึงต้องได้รับจากสิ่งแวดล้อม อย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ก็มีจุดลบหลายประการเช่นกัน เนื่องจากเรากระจายความร้อนตรงกลางอย่างต่อเนื่อง เราจึงขึ้นอยู่กับ สภาพแวดล้อมของเราสำหรับงานทางชีวภาพทั้งหมดของเรา และเราสามารถป่วยและตายอันเป็นผลโดยตรงจากสิ่งที่เกิดขึ้นในตัวเรา สิ่งแวดล้อม

เพื่อนำความเป็นระเบียบมาสู่ความโกลาหลที่เปลี่ยนแปลงไปซึ่งก็คือสิ่งแวดล้อม ร่างกายของเรานำเสนอชุดของกลไกการกำกับดูแลทางชีวภาพและ / หรือทางสรีรวิทยา เพื่อรักษาสภาพภายในให้คงที่ ชดเชยการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อม เรามาดูกันว่าพวกเขาเป็นอย่างไร

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ชีววิทยา 10 สาขา: วัตถุประสงค์และลักษณะเฉพาะ"

กลไกการกำกับดูแลคืออะไร?

ในทางชีววิทยา กลไกคือ ระบบที่มีส่วนต่าง ๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์กันทำให้เกิดกระบวนการที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างน้อยหนึ่งอย่าง ไม่ว่าจะเป็นภายใน ภายนอก หรือทั้งสองอย่าง. กลไกหนึ่งอาจเป็นกระบวนการที่นำไปสู่เหงื่อของมนุษย์ในช่วงเวลาที่ร้อน (สรีรวิทยา) แต่การคัดเลือกโดยธรรมชาติหรือความเหลื่อมล้ำทางกรรมพันธุ์ก็ถือเป็นกลไกเช่นกัน แม้ว่าในกรณีนี้คือธรรมชาติ วิวัฒนาการ

ในโลกของกลไกการกำกับดูแล ไม่มีอะไรที่เป็นสีดำหรือสีขาวตั้งแต่ เอนทิตีทางชีววิทยาเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมาก (หลายองค์ประกอบ) ซึ่งระบบมีปฏิสัมพันธ์และข้อเสนอแนะอย่างต่อเนื่อง. นอกเหนือจากความหลากหลายของมันแล้ว สามระดับที่สำคัญสามารถแยกแยะได้ในกลไกพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต:

• กลไกทางพันธุกรรม: ต่ำสุดในลำดับชั้น การทำงานของยีนและการแสดงออกของยีนมีความสำคัญ แต่สัมพันธ์กับซับสเตรตพื้นฐานของระบบใดๆ
• กลไกการทำงานของเซลล์: กลไกต่อไปคือกลไกที่เกี่ยวข้องกับเซลล์ ดังนั้นอวัยวะและเนื้อเยื่อของร่างกาย
• กลไกทางประสาทและต่อมไร้ท่อ: เป็นกลไกควบคุมขั้นสูงสุดในระดับวิวัฒนาการ

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดมีกลไกทางพันธุกรรม เพราะตามคำนิยามแล้ว เซลล์ต้องมีจีโนมที่จะจำลองตัวเองได้ในอนาคต (แม้ว่าจะเป็นโครโมโซมเพียงตัวเดียว เช่นเดียวกับในแบคทีเรีย) ในทางกลับกัน สิ่งมีชีวิตทุกชนิดต้องมีกลไกควบคุมเซลล์อย่างน้อยหนึ่งกลไก เนื่องจากหน่วยพื้นฐาน ของชีวิตคือเซลล์ แม้ว่ามันจะประกอบขึ้นเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมด (เช่นเดียวกับแบคทีเรียและอาร์เคีย)

อย่างที่คุณสามารถจินตนาการได้ จุดสุดยอดของกลไกการควบคุมทางสรีรวิทยา (ต่อมและเซลล์ประสาทซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ ระบบต่อมไร้ท่อและระบบประสาทตามลำดับ) ถูกจำกัดไว้เฉพาะสัตว์ที่มีวิวัฒนาการมากที่สุด ซับซ้อนเนื่องจากเราเป็นสัตว์มีกระดูกสันหลัง แม้ว่าสิ่งมีชีวิตอื่นๆ จะมีระดับประสาทและต่อมไร้ท่อของตัวเองเช่นกัน

ณ จุดนี้ ควรสังเกตว่าวงจรควบคุมสามารถนำเสนอระบบป้อนกลับสองระบบ (ผลตอบรับ): บวกและลบ เราอธิบายสั้น ๆ ว่าประกอบด้วยอะไรในบรรทัดต่อไปนี้

1. ข้อเสนอแนะเชิงลบ

เวลานี้, กลไกการควบคุมพยายามที่จะรักษาพารามิเตอร์ X ไว้ภายใต้การควบคุมในสเปกตรัมที่เฉพาะเจาะจงมาก ใกล้กับค่า X0. เสมอซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่เหมาะสมที่สุดในสภาพแวดล้อมเฉพาะ ค่าของพารามิเตอร์ X ถูกรวบรวมจากสภาพแวดล้อมหรือสภาพแวดล้อมภายในผ่านช่องทางข้อมูล (เช่นตัวรับความร้อนและอื่น ๆ ) กลุ่มเส้นประสาท) และข้อมูลจะถูกนำไปยังศูนย์กลางของกลไกซึ่งจะสร้างการตอบสนองตามสภาพแวดล้อมได้ดีที่สุด เป็นไปได้

2. ข้อเสนอแนะในเชิงบวก

ในกรณีนี้ สิ่งต่างๆ เปลี่ยนไป วัตถุประสงค์ของกลไกการควบคุมผลตอบรับเชิงบวกคือ ถึงจุดสูงสุดของประสิทธิผลของพารามิเตอร์ X โดยเบี่ยงเบนจากค่า X0 เมื่อถึงเงื่อนไขบางประการแล้ว.

แม้ว่าเราจะมีแนวคิดที่ค่อนข้างซับซ้อน แต่ความแตกต่างระหว่างการตอบรับเชิงลบและเชิงบวกนั้นเข้าใจได้ง่ายมาก: ในกรณีแรก ระบบตอบสนองต่อทิศทางตรงข้ามกับสัญญาณ กล่าวคือ มีแนวโน้มที่จะ "รักษาเสถียรภาพ" เอาต์พุตของระบบให้อยู่ในสภาพดี ค่าคงที่ ในทางกลับกัน ในการตอบรับเชิงบวก ผลกระทบหรือผลลัพธ์ของระบบทำให้เกิดผลกระทบสะสมที่อินพุต ในกรณีหลัง เป็นระบบที่แสดงจุดสมดุลที่ไม่เสถียรตามคำจำกัดความ

• คุณอาจสนใจ: "12 ระบบในร่างกายมนุษย์ (และวิธีการทำงาน)"

ตัวอย่างกลไกการกำกับดูแล

เราได้ย้ายระหว่างแนวคิดที่ค่อนข้างไม่มีตัวตน ดังนั้นจะเป็นประโยชน์ที่จะยกตัวอย่างเล็กน้อยว่ากลไกการกำกับดูแลมาจากมุมมองทางสรีรวิทยาอย่างไร ตัวอย่างเช่น เราต้องการทำความเข้าใจว่าเหงื่อออกเกิดขึ้นได้อย่างไรในมนุษย์ ไปหามัน

ก่อนอื่นควรสังเกตว่า เหงื่อออกเป็นกลไกควบคุมที่ปรับโดยระบบประสาทที่เห็นอกเห็นใจซึ่งมีหน้าที่ในการทำงานที่ไม่สมัครใจหลายอย่างในมนุษย์. ของเรา มลรัฐala ประกอบด้วยเซลล์ประสาทในบริเวณส่วนหน้าและส่วนพรีออปติก ซึ่งเชี่ยวชาญในการบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในและการทำงานของเยื่อหุ้มสมอง ดังนั้นเมื่อข้อมูลมาถึงว่ามีความร้อนเกิน (ไม่ว่าจะภายในหรือภายนอก) ไฮโปทาลามัสส่งสัญญาณผ่านเส้นใยโคลิเนอร์จิกไปยังต่อมเอคครีนทั่วผิวหนังเพื่อให้ ขับเหงื่อ

เหงื่อออกมาทางรูขุมขนที่เชื่อมต่อต่อมเอคครีนกับผิวหนัง เนื่องจากของเหลวต้องการความร้อนในการระเหย (เพราะความร้อนคือพลังงาน) พวกมันจึง "จับ" อุณหภูมิผิวกายส่วนเกินนี้ ซึ่งทำให้ระบบทั่วไปของเรากลายเป็น เย็นลง. ด้วยการระเหยของเหงื่อ 27% ของความร้อนในร่างกายจะกระจายไป จึงไม่น่าแปลกใจที่กลไกนี้จะเปิดใช้งานในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและ/หรือสิ่งแวดล้อม.

ในกรณีนี้ เราอยู่ที่ระดับทฤษฎีก่อนกลไกควบคุมผลป้อนกลับเชิงลบ ความสนใจของสิ่งมีชีวิตคือการรักษาอุณหภูมิของร่างกาย (พารามิเตอร์ X) ในช่วงที่เหมาะสมให้ใกล้เคียงกับอุดมคติมากที่สุดซึ่งอยู่ระหว่าง 36 ถึง 37 องศา ในระบบนี้ หมู่เชิงหน้าที่ตอบสนองผกผันกับสิ่งเร้าภายนอก

ถ้าเราเข้าใจปรัชญา เรายังคิดได้ว่าการคัดเลือกโดยธรรมชาติหรือความเหลื่อมล้ำทางพันธุกรรมเป็นกลไกการกำกับดูแล จากมุมมองของวิวัฒนาการ การคัดเลือกโดยธรรมชาติสร้างแรงกดดันต่อระบบเปิดที่เป็นประชากร โดยเลือกยีนที่มีประโยชน์มากที่สุดในระยะยาวและไม่สนใจยีนที่มีการปรับตัวน้อยที่สุด

ตัวอย่างเช่น สัตว์ของนกสายพันธุ์ที่เกิด (โดยการกลายพันธุ์ของเดโนโว) โดยมีจงอยปากที่ยาวกว่า มีขนาดใหญ่กว่าที่เหลือ มันสามารถมีสิ่งอำนวยความสะดวกมากขึ้นในการล่าแมลงท่ามกลางเปลือกของ ต้นไม้ เนื่องจากสิ่งมีชีวิตนี้มีความได้เปรียบเหนือสิ่งอื่นใด มันจะสามารถให้อาหารได้มากขึ้น เติบโตมากขึ้น ดังนั้น มันจะแข็งแกร่งขึ้นเมื่อแข่งขันกับตัวผู้ที่เหลือเพื่อขยายพันธุ์ หากลักษณะ "จงอยปากใหญ่" เป็นกรรมพันธุ์ ก็คาดว่าลูกหลานของสัตว์นั้นจะมีชีวิตได้ดีกว่าตัวอื่นๆ

ดังนั้น ตลอดชั่วอายุคน ลักษณะ "ยอดใหญ่" จะเพิ่มขึ้นในจำนวนประชากร เนื่องจากลักษณะเฉพาะที่ปรากฏจะมีอายุยืนยาวขึ้นและมีโอกาสแพร่พันธุ์มากขึ้น การคัดเลือกโดยธรรมชาติทำหน้าที่เป็นกลไกควบคุมวิวัฒนาการที่ชัดเจนในกรณีนี้ เนื่องจากสัดส่วนของยีนในประชากรจะแตกต่างกันไปตามการกำหนดของสิ่งแวดล้อม

• คุณอาจสนใจ: "ทฤษฎีวิวัฒนาการทางชีวภาพ: มันคืออะไรและอธิบายอะไร"

เรซูเม่

คุณอาจเคยเห็นกลไกการกำกับดูแลในโลกของชีววิทยาไปไกลกว่าการควบคุมอุณหภูมิหรือการใช้พลังงาน ตั้งแต่การแสดงออกของยีนไปจนถึงวิวัฒนาการของสปีชีส์ ทุกสิ่งสามารถสรุปได้ในความคิดเห็นเชิงบวกหรือเชิงลบที่พยายามไปให้ถึงจุดสูงสุดของประสิทธิผลณ จุดใดจุดหนึ่ง ในท้ายที่สุด เป้าหมายคือการบรรลุความสมดุลภายในสูงสุดในทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ โดยคำนึงถึงข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อมเสมอ

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• เบคเทล, ดับบลิว. (2011). กลไกและคำอธิบายทางชีวภาพ ปรัชญาวิทยาศาสตร์, 78 (4), 533-557.
• Brocklehurst, B. และ McLauchlan, K. ถึง. (1996). กลไกการเกิดอนุมูลอิสระสำหรับผลกระทบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อมที่มีต่อระบบชีวภาพ วารสารนานาชาติด้านชีววิทยารังสี 69 (1), 3-24.
• เอนเลอร์, เจ. ถึง. (2020). การคัดเลือกโดยธรรมชาติในป่า (MPB-21) เล่มที่ 21 สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน.
• Gadgil, M. และ Bossert, W. เอช (1970). ผลลัพธ์ทางประวัติศาสตร์ของชีวิตของการคัดเลือกโดยธรรมชาติ นักธรรมชาติวิทยาชาวอเมริกัน, 104 (935), 1-24.
• ก็อดฟรีย์-สมิธ, พี. (2009). ประชากรดาร์วินและการคัดเลือกโดยธรรมชาติ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยอ็อกซ์ฟอร์ด.
• เฮสติงส์, เจ. ดับบลิว, & สวีนีย์, บี. ม. (1957). เกี่ยวกับกลไกความเป็นอิสระของอุณหภูมิในนาฬิกาชีวภาพ Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 43 (9), 804.
• เลดเนฟ, วี. วี (1991). กลไกที่เป็นไปได้สำหรับอิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอต่อระบบชีวภาพ แม่เหล็กไฟฟ้าชีวภาพ, 12 (2), 71-75.
• ลีห์ จูเนียร์ อี. ก. (1970). การคัดเลือกโดยธรรมชาติและการกลายพันธุ์ นักธรรมชาติวิทยาชาวอเมริกัน, 104 (937), 301-305.
• เพอร์สัน, บี. น. เจ (2003). ว่าด้วยกลไกการยึดติดในระบบชีวภาพ วารสารฟิสิกส์เคมี, 118 (16), 7614-7621.
• สโตลแมน, แอล. ป. (2008). Hyperhidrosis: การรักษาทางการแพทย์และศัลยกรรม อีพลาสตี้, 8.