Samoregulacija u biologiji je ... Koncept samoregulacije živih sustava

Samoregulacija u biologiji jedno je od najvažnijih svojstava živog sustava, a sastoji se od automatske instalacije i održavanja određene razine parametara potrebnih za normalno funkcioniranje. Bit procesa je da nikakvi vanjski utjecaji ne postanu menadžeri. Čimbenici koji vode promjenu formiraju se unutar samoregulirajućeg sustava i pridonose stvaranju dinamičke ravnoteže. Procesi koji nastaju tijekom ovog procesa mogu biti ciklički, prigušujući i nastavljajući se dok se određeni uvjeti urušavaju ili nestaju.

Samoregulacija: značenje biološkog pojma

Svaki životni sustav, od ćelije do biogeocenoze, konstantno je izložen vanjskim čimbenicima. Temperaturni uvjeti se mijenjaju, vlažnost, završetak hrane ili natjecanje među vrstama postaju teže - primjeri mogu biti masa. U ovom slučaju, održivost bilo kojeg sustava ovisi o njegovoj sposobnosti da održi dosljednost unutarnjeg okruženja (homeostaza). To je postići taj cilj i postoji samo-regulacija. Definicija pojma podrazumijeva da promjene u vanjskom okruženju nisu neposredni čimbenici utjecaja. Oni se pretvaraju u signale koji uzrokuju ovu ili onu neravnotežu i dovode do pokretanja samoregulacijskih mehanizama dizajniranih za vraćanje sustava u stabilno stanje. Na svakoj razini, ova interakcija čimbenika izgleda drugačija, pa da bismo razumjeli što je samoregulacija, neka nam se više pita.

Razine organiziranja živih tvari

Moderna prirodna znanost pridržava koncept da su svi prirodni i društveni objekti sustavi. Oni se sastoje od zasebnih elemenata, neprestano međusobno djelujući prema nekim zakonima. Predmeti uživo nisu iznimka od ovog pravila, oni su također sustavi s njihovom unutarnjom hijerarhijom i strukturama na više razina. I struktura ima jednu zanimljivu značajku. Svaki sustav može simultano predstavljati element višeg nivoa i biti zbirka (tj. Isti sustav) razina niskog reda. Na primjer, stablo je element šume i istodobno višestanični sustav.

Da bi se izbjegla zbrka, u biologiji je uobičajeno razmotriti četiri osnovne razine životne organizacije:

• Molekularne genetike;
• Ontogenetski (organizam - od stanice do osobe);
• stanovništva-vrsta;
• Biogeocenotic (razina ekosustava).

Metode samoregulacije

Procesi koji se pojavljuju na svakoj od tih razina se eksterno razlikuju po skali, korištenim izvorima energije i njihovim rezultatima, ali u osnovi su slični. Temelji se na istim metodama samoregulacije sustava. Prije svega, ovo je povratni mehanizam. Moguće je u dvije verzije: pozitivne i negativne. Podsjetimo da izravna komunikacija uključuje prijenos informacija iz jednog elementa sustava na drugi, obrnuto nastavlja u suprotnom smjeru, od drugog do prvog. U tom slučaju, oba od njih mijenjaju stanje primateljske komponente.

Pozitivna povratna informacija vodi ka činjenici da su procesi, oko kojih prvi element obavještavaju drugu, fiksni i nastavljaju se provoditi. Takav proces temelj je svakog rasta i razvoja. Drugi element konstantno signalizira prvo da nastavi iste procese. Istovremeno, poremećena je stabilnost sustava.

Glavni mehanizam

U suprotnom, funkcionira negativna povratna informacija. To dovodi do pojave novih promjena, suprotno od onih o kojima je prvi element informirao drugu. Kao rezultat toga, procesi koji krše ravnotežu su eliminirani i ukinuti, a sustav postaje stabilan. Jednostavna analogija je rad željeza: određena temperatura je signal za isključivanje grijaćeg elementa. Negativna povratna informacija je u središtu svih procesa povezanih s održavanjem homeostaze.

sveobuhvatnost

Samoregulacija u biologiji je proces koji prožima sve navedene razine. Njegova je svrha očuvati dinamičku ravnotežu, postojanost unutarnjeg okruženja. Zbog sveobuhvatnog procesa, samo-regulacija leži u središtu mnogih dijelova prirodne znanosti. U biologiji, to je citologija, fiziologija životinja i biljaka, te ekologija. Svaka od disciplina bavi se posebnom razinom. Razmotrimo što je samoregulacija u osnovnim fazama organizacije življenja.

Intracelularna razina

U svakoj se stanici kemijski mehanizmi uglavnom koriste za održavanje stabilne ravnoteže unutarnjeg okruženja. Među njima, glavnu ulogu u regulaciji ima kontrola gena, na kojima ovisi proizvodnja proteina.

Ciklička priroda tijeka procesa može se lako pratiti kroz primjer enzimskih lanaca potisnutih konačnim proizvodima. Svrha aktivnosti takvih formacija u obradi složenih tvari u jednostavnije. Krajnji produkt sličan je strukturi prvog enzima u lancu. Ova imovina igra ključnu ulogu u održavanju homeostaze. Proizvod se veže na enzim i potiskuje njegovu aktivnost kao rezultat snažne promjene u strukturi. To se događa tek nakon što je koncentracija konačne tvari premašila dopuštenu razinu. Kao rezultat toga, proces fermentacije se zaustavlja, a gotov proizvod koristi stanica prema vlastitim potrebama. Nakon nekog vremena razina tvari pada ispod dopuštene vrijednosti. Ovo je signal za pokretanje fermentacije: protein se odvoji od enzima, inhibicija procesa prestaje i sve se ponovno pokreće.

Povećanje složenosti

Samoregulacija u prirodi uvijek se temelji na principu povratnih informacija i općenito se nastavlja prema sličnom scenariju. Međutim, na svakoj sljedećoj razini pojavljuju se čimbenici koji kompliciraju proces. Za ćeliju je važna konstanta unutarnjeg okoliša, održavanje određene koncentracije različitih tvari. Na sljedećoj razini, proces samoregulacije je dizajniran za rješavanje mnogih drugih problema. Stoga se višestanični organizmi pojavljuju u cijelim sustavima koji podržavaju homeostazu. To su organi disanja, pražnjenja, cirkulacije i slično. Proučavanje evolucije životinjskog i biljnog svijeta lako je jasno kako se struktura i vanjski uvjeti čine složenijim, poboljšavaju mehanizmi samoregulacije.

Razina organizma

Konzistencija unutarnjeg okruženja najbolje se održava kod sisavaca. Osnova za razvoj samoregulacije i njezina primjena je živčani i humoralni sustav. Stalno se međusobno djeluju, kontroliraju procese koji se javljaju u tijelu, pridonose stvaranju i održavanju dinamičke ravnoteže. Mozak prima signale iz živčanih vlakana prisutnih u svakom dijelu tijela. Informacije koje teče iz endokrinih žlijezda također dolaze ovdje dolje. Međusobno povezivanje živčanog i hormonskog reguliranja pridonosi često skoro trenutačnom restrukturiranju procesa koji se stvaraju.

povratna veza

Rad sustava može se pratiti na primjeru održavanja krvnog tlaka. Sve promjene u ovom pokazatelju zahvaćaju posebni receptori koji se nalaze na plovilima. Povećanje ili smanjenje tlaka utječe na istezanje zidova kapilara, vene i arterija. Upravo na ove promjene i receptori reagiraju. Signal se prenosi u vaskularne centre i od njih nastavljaju "upute", kako ispraviti ton žila i srčanu aktivnost. Također je povezan sustav neurohumoralne regulacije. Kao rezultat toga, tlak se vraća na normalno. Lako je vidjeti da je isti mehanizam povratnih informacija u središtu skladnog djelovanja regulatornog sustava.

Na čelu svih

Samoregulacija, određivanje određenih prilagodbi u aktivnosti organizma, leži na osnovi svih promjena u tijelu, njegove reakcije na vanjske podražaje. Stres i trajna opterećenja mogu dovesti do hipertrofije pojedinih organa. Primjer toga su razvijeni mišići sportaša i povećana pluća obožavatelja oslobođenja. Stres je često bolest. Hipertrofija srca nije neuobičajena kod osoba s dijagnozom pretilosti. Ovo je tijelo odgovor na potrebu povećanja tereta crpljenja krvi.

Mehanizmi samoregulacije leže u osnovi fizioloških reakcija koje se javljaju tijekom zastrašivanja. U krvi se oslobađa velika količina adrenalinskog hormona, što uzrokuje niz promjena: povećanu potrošnju kisika, povećanu količinu glukoze, povećanu brzinu otkucaja srca i mobilizaciju mišićnog sustava. U tom se slučaju ukupna ravnoteža održava zbog otplate aktivnosti drugih komponenti: probava se usporava, seksualni refleksi nestaju.

Dinamička ravnoteža

Treba napomenuti da homeostaza, na kojoj razini se održava, nije apsolutna. Svi parametri unutarnjeg okruženja održavaju se unutar određenog raspona vrijednosti i stalno se osciliraju. Stoga govori o dinamičkoj ravnoteži sustava. Važno je istodobno da vrijednost određenog parametra ne nadilazi tzv. Oscilacijski koridor, inače proces može postati patološki.

Održivost i samoregulacija ekosustava

Biogeocenoza (ekosustav) sastoji se od dvije međusobno povezane strukture: biocenoza i biotopa. Prvi je cijeli skup živih bića određenog područja. Biotope su čimbenici neživog okruženja gdje dominira biocenoza. Okolišni uvjeti koji trajno utječu na organizme podijeljeni su u tri skupine:

• Abiotički čimbenici okoliša: temperatura, svjetlost, vlažnost i ostali elementi neživog prirode;
• Biotski čimbenici okoliša: utjecaj nekih organizama na druge, podijeljeni su na natjecanje, simbiozu, parazitizam i predaciju;
• Antropogeni čimbenici okoliša - utjecaj čovjeka.

Očuvanje homeostaze znači dobrobit organizama u uvjetima stalne izloženosti vanjskom okolišu i promjeni unutarnjih čimbenika. Potporna biogeocenoza samoregulacija prvenstveno se temelji na sustavu trofičkih veza. Oni su relativno zatvoreni lanac kroz koji energija teče. Proizvođači (biljke i hemobakterije) dobivaju ga od sunca ili kao posljedica kemijskih reakcija, stvaraju uz pomoć organske tvari koje konzumiraju potrošači (biljojedi, grabežljivci, svejedi) nekoliko redova. U posljednjoj fazi ciklusa su dekompozitori (bakterije, neke vrste crva) koji raspadaju organsku materiju u sastavne elemente. Ponovo su uvedeni u sustav kao hrana za proizvođače.

Konstantnost ciklusa osigurava činjenica da na svakoj razini postoji nekoliko vrsta živih bića. Ako jedan od njih pada iz lanca, zamjenjuje se slična funkcija.

Vanjski utjecaj

Održavanje homeostaze popraćeno je stalnim izlaganjem izvana. Promjene oko uvjeta ekosustava dovode do potrebe prilagodbe internih procesa. Postoji nekoliko kriterija za održivost:

• Visoki i uravnoteženi reproduktivni potencijal pojedinaca;
• Prilagodba pojedinih organizama na promjenjive uvjete okoline;
• Raznolikost vrsta i razgranati lanac hrane.

Ta tri uvjeta pomažu održavanju ekosustava u stanju dinamičke ravnoteže. Dakle, na razini biogeocenoze, samoregulacija u biologiji je reprodukcija pojedinaca, očuvanje brojeva i otpornost na čimbenike okoliša. U ovom slučaju, kao u slučaju zasebnog organizma, ravnoteža sustava ne može biti apsolutna.

Koncept samoregulacije živih sustava proširuje opisane obrasce ljudskim zajednicama i društvenim institucijama. Njegova načela su naširoko koristi iu psihologiji. Zapravo, to je jedna od temeljnih teorija moderne prirodne znanosti.